JP2004139950A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】車両用のような始動及びシャットダウンが頻繁に発生する応用分野の高分子電解質型燃料電池において、始動及びシャットダウンの際、燃料電池スタックの正極（水素電極）及び負極の周辺を非活性状態に維持することにより、安全で長寿命の燃料電池システムを提供する。
【解決手段】一つ以上の燃料電池シェルを含む燃料電池スタックと、選択的に電気的に前記燃料電池スタックに連結可能である電気負荷と、前記電気負荷を前記燃料電池スタックに電気的に連結または遮断するようにオン／オフ作動するスイッチと、前記スイッチをオン／オフさせる制御信号を生成し、燃料電池スタックがシャットダウンされる場合には前記燃料電池スタックで発生する電気が前記電気負荷で消耗されるように前記スイッチをオンさせる制御信号を生成する制御ユニットとを含む。
【選択図】　　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システムに係り、より詳しくは、燃料電池シャットダウン時に燃料電池スタック内部の残存水素を迅速に除去して燃料電池内部を非活性化することができる燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムの燃料電池は、定置型、移動型または車両の電気化学的な動力源である。固体高分子電解質を使用する燃料電池は、自動車用及び２００ｋＷ級以下の定置型に有望なものとして知られている。
【０００３】
また、車両用燃料電池の場合は始動及びシャットダウン（ｓｈｕｔｄｏｗｎ）が頻繁に発生するので、定置型に比べて不利であり、比較的低い温度、つまり１００℃以下で作動する高分子電解質が車両用に適合しているが、それでも始動とシャットダウン時に特別な措置が必要となる。
【０００４】
前記の高分子電解質燃料電池１０は、電気を生産する正負極（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と水素イオンのみを通過させる電解質膜が一体化したＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、空気及び燃料ガスを拡散浸透させるためにＭＥＡ両側に備えられたガス拡散層（Ｇａｓ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｍｅｄｉａ）と、ガス拡散層に接して設置された、陽極側板（ａｎｏｄｅｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｐｌａｔｅ）及び陰極側板（ｃａｔｈｏｄｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｐｌａｔｅ）からなる冷却板（ｃｏｏｌｉｎｇ　ｐｌａｔｅ）とを含んで構成される。陽極側板と陰極側板のガス拡散層に接する面の内には、各々水素（燃料ガス）及び空気を供給するための通路が設けられ、反対側の面の内には冷却水を供給する目的の通路が設けられている。
【０００５】
このように燃料電池では、ＭＥＡの両側に水素と酸素（空気）を供給すると電気を生成し、ＭＥＡは、水素を水素イオンと電子に分解する正極（以下、水素電極ともいう）と、発生した水素イオンのみを通過させる陽イオン交換膜と、水素イオン、電子及び酸素を結合して水を発生させる負極とから構成される。
【０００６】
そして電極は、電気化学反応を発生するための、触媒と集電のための集電体、つまりカーボン（ｃａｒｂｏｎ）粉末で構成され、活性面積を最大化するために、反応面積が大きなカーボン粉末に触媒、例えば白金のような貴金属を分散させて製造し、陽イオン交換膜に直接コーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）してＭＥＡを製作する。
【０００７】
また高分子電解質型燃料電池では始動時またはシャットダウン時に、水素電極の場合、安全性及び触媒の寿命を増加するために水素電極と陽極側板の間に存在する空気を除去するという特別な措置が必要となる。つまり、空気を除去して非活性化しないと好ましくない過程または反応が発生してしまい性能及び寿命を低下させる。
【０００８】
図２を参照すると、従来の技術による燃料電池システムの構成では、始動時またはシャットダウン時に、非活性ガス、例えば窒素などを水素と空気の代わりに陽極側板及び陰極側板に供給して非活性化する。つまり、第１、第２バルブ３３、３４を閉鎖（ｃｌｏｓｅ）し、背圧調節器（ｂａｃｋ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）３５、３６を開放（ｏｐｅｎ）した状態で第３、第４バルブ３１、３２を開放して、非活性ガスである窒素を注入して非活性化する。
【０００９】
しかし車両の場合、窒素のような非活性ガスを搭載して運行することが不可能であるので他の手段が必要となる。
【００１０】
また窒素パージング（ｐｕｒｇｉｎｇ）せずに、外部の空気と遮断するために燃料電池スタック２３の水素の入出口バルブを閉鎖する場合、電解質膜の両側の水素、窒素及び酸素分圧の差によって膜を通じたガスの透過が発生し、活性の最も大きい陽イオン交換膜と電極系面の間に酸素及び水素が共存して、好ましくない反応が発生することもある。
【００１１】
たとえば、水素電極上で水結合反応が発生すると水素電極の周辺は真空状態となるので、気密が徹底していない燃料電池スタック２３の場合は空気が浸透して同様の問題が発生する。
【００１２】
また、水素電極周辺に真空が形成される場合、ＭＥＡの両側の圧力差が１ｂａｒ程度となり膜の寿命を低下させる問題が発生する。
【００１３】
このような問題を解決する方案としてＵＴＣ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌｓ社の米国特許ＵＳＰ６３７９８２７には、水素電極と陽極側板の間に親水性のガス拡散層を導入し、陽極側板と陰極側板として気孔の小さい（ｆｉｎｅ　ｐｏｒｅ）多孔質のものを導入して、陽極側板と陰極側板の間に形成された通路から、冷却水が毛細管現象により両側板を浸透通過してガス拡散層を埋めるようにし、空気の電極内浸透を防止する方法が開示されている。
【００１４】
しかし、前記の多孔性（ｐｏｒｏｕｓ）の陽極側板及び陰極側板を使用し毛細管力（ｃａｐｉｌｌａｒｙ　ｆｏｒｃｅ）を利用するためには、空気通路内、水素通路内及び冷却水通路内の圧力を精密に制御しなければならないという問題点がある。
【００１５】
また、ＵＴＣ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌｓ社の米国特許ＵＳＰ５０１３６１７には、２００℃で作動するＰＡＦＣ（リン酸型燃料電池）の高温雰囲気で単位電池の電圧が０．８Ｖ以上である場合は炭素が酸化する問題が発生し（ｐａｇｅ　１３９　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ｂｙ　Ｊａｍｅｓ　Ｌａｒｍｉｎｉｅ、　Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　Ｓｏｎｓ　Ｌｔｄ、　２０００）、電圧を０．３〜０．８Ｖに維持するために酸素及び水素が微量存在する非活性ガスをオフパワーモード（ｏｆｆ　ｐｏｗｅｒ　ｍｏｄｅ）、シャットダウンまたは始動時にパージングすることと関連したものであり、また電圧を維持するために一定のロード（ｌｏａｄ、電気負荷）を利用するようにすることが開示されている。
しかし前記のロードはカーボンの腐食を防止するための目的のものであり、水素を除去するための目的のものでなく、また、前記特許は定置型にのみ該当する技術である。
【００１６】
【先行技術文献】
【米国特許文献１】ＵＳＰ６３７９８２７−Ｂ
【米国特許文献２】ＵＳＰ５０１３６１７−Ｂ
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであって、車両用のような始動及びシャットダウンが頻繁に発生する応用分野の高分子電解質型燃料電池において、始動及びシャットダウンの際、燃料電池スタックの正極（水素電極）及び負極の周辺を非活性状態に維持することにより、安全で長寿命の燃料電池システムを提供することにその目的がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明による燃料電池システムは、一つ以上の燃料電池シェルを含む燃料電池スタックと、選択的に電気的に前記燃料電池スタックに連結可能である電気負荷と、前記電気負荷を前記燃料電池スタックに電気的に連結または遮断するようにオン／オフ作動するスイッチと、前記スイッチをオン／オフさせる制御信号を生成し、燃料電池スタックがシャットダウンされる場合には前記燃料電池スタックで発生する電気が前記電気負荷で消耗されるように前記スイッチをオンさせる制御信号を生成する制御ユニットとを含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明の実施例による燃料電池システムは、前記燃料電池スタックの電圧をモニタリングして、該当する信号を前記制御ユニットに出力する電圧モニタリング装置をさらに含むのが好ましい。
【００２０】
前記燃料電池スタックの前記一つ以上の燃料電池シェルのうちのいずれか一つ以上の燃料電池シェルの電圧が０より小さい場合、前記制御ユニットは前記スイッチをオフさせる制御信号を出力するのが好ましい。
【００２１】
本発明の好ましい実施例による燃料電池システムは、空気吸入ラインに設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する空気吸入バルブと、水素吸入ラインに設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する水素吸入バルブと、空気排出ラインに設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する空気調節バルブと、水素排出ラインに設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する排出水素調節バルブとをさらに含むのが好ましい。
【００２２】
本発明の好ましい実施例による燃料電池システムは、その一端は前記燃料電池スタックと前記排出空気調節バルブの間の空気排出ラインに連結され、他端は前記燃料電池スタックと前記排出水素調節バルブの間の水素排出ラインに連結される連結ライン上に設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する連結バルブをさらに含むのが好ましい。
【００２３】
前記燃料電池スタックの電圧が設定された電圧以下となる場合、前記制御ユニットは前記連結バルブを開放するための制御信号を生成するのが好ましい。
【００２４】
本発明の好ましい実施例による燃料電池システムは、その一端は前記燃料電池スタックと前記排出水素調節バルブの間の前記水素排出ラインに連結され、他端は前記吸入水素調節バルブと前記燃料電池スタックの間の水素吸入ラインに連結され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する循環バルブをさらに含むのが好ましい。
【００２５】
本発明の好ましい実施例による燃料電池システムは、前記吸入空気調節バルブと前記燃料電池スタックの間の空気吸入ラインに設置される空気バッファータンクをさらに含むのが好ましい。
【００２６】
前記空気バッファータンクの体積は、前記吸入空気調節バルブ、前記吸入水素調節バルブ、前記排出空気調節バルブ及び前記排出水素調節バルブが閉鎖された場合、前記燃料電池スタック内部の密閉された空間に存在する水素分子数が酸素分子数の２倍になるように設定されるのが好ましい。
【００２７】
前記燃料電池スタックは、前記複数個の燃料電池シェルの間に配置される無孔性の分離板を含むのが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。
【００２９】
図１に示すように、本発明の実施例による燃料電池システムの燃料電池スタックは互いに並列または直列に連結された複数個の燃料電池シェル１０を含む。
【００３０】
それぞれの燃料電池シェル１０は、高分子電解質膜１５とこの高分子電解質膜１５の両側に結合される一対の電極（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１３を含むＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１６を有する。
【００３１】
高分子電解質膜１５は水素イオンを通過させ、一対の電極１３は電気化学的な反応によって電気を生成する。
【００３２】
ＭＥＡ１６の両端には、燃料ガス及び空気を拡散させるガス拡散層（Ｇａｓ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｍｅｄｉａ）１４がそれぞれ備えられる。
【００３３】
そしてガス拡散層１４の外側には、それぞれ陽極側板（ａｎｏｄｅ　ｆｌｏｗｆｉｅｌｄ　ｐｌａｔｅ）１１ｂと陰極側板（ｃａｔｈｏｄｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｐｌａｔｅ）１１ａが配置される。
【００３４】
図１に示すように、陽極側板１１ｂには水素通路１７が形成され、陰極側板１１ａには空気通路１８が形成される。そして、隣接する陽極側板１１ｂと陰極側板１１ａの間には冷却水通路１９が形成される。
【００３５】
隣接する一対の陰極側板１１ｂと陽極側板１１ａは互いに結合され、隣接するＭＥＡ１６の間に配置される。このような理由により、互いに結合された一対の陰極側板１１ｂと陽極側板１１ａを分離板（ｓｅｐａｒａｔｅ　ｐｌａｔｅ）１１という。また、一対の陰極側板１１ｂと陽極側板１１ａを冷却板ともいう。
【００３６】
本発明の実施例による燃料電池システムにおいて、分離板１１は冷却水がＭＥＡ１６に流入することを防止できるように、無孔性（ｎｏｎｐｏｒｏｕｓ）の膜にするのが好ましい。
【００３７】
図３を参照すると、本発明の実施例による燃料電池システムを概略的に表した構成図を示す。
【００３８】
以下では一般的な燃料電池システムの構成に対する説明は省略し、本発明の特徴による構成だけを説明する。
【００３９】
本発明の実施例による燃料電池システムは、まず燃料電池スタック５４を含む。
【００４０】
燃料電池スタック５４の一側には空気と燃料ガス（水素）がそれぞれ流入する空気流入路６１と水素流入路６２がそれぞれ形成され、燃料電池スタック５４の他側には空気と燃料ガスがそれぞれ排出される空気排出路６３と水素排出路６４が形成される。
【００４１】
燃料電池スタック５４と空気供給源７１とを連結する空気流入路６１には空気流入調節バルブ４１が設置され、燃料電池スタック５４と燃料（水素）供給源７２とを連結する水素流入路６２には水素流入調節バルブ４２が設置され、空気排出路６３には空気排出調節バルブ４３が設置され、水素排出路６４には水素排出調節バルブ４４が設置される。
【００４２】
このバルブ４１、４２、４３、４４は電気信号に応じて作動するバルブにすることができ、例えばソレノイドバルブにすることができる。
【００４３】
空気排出調節バルブ４３以前の空気排出路６３と水素排出調節バルブ４４以前の水素排出路６４とを連結する連結路６５が備えられ、この連結路６５には連結バルブ４５が設置される。
【００４４】
連結バルブ４５は、空気排出路６３と水素排出路６４が互いに通じるようにすることによって、燃料電池スタック５４の水素側の圧力が過度に低くなることを防止する。
【００４５】
連結バルブ４５は電気信号に応じてオン／オフ作動できるバルブにすることができ、例えばソレノイドバルブにすることができる。
【００４６】
空気流入調節バルブ４１と燃料電池スタック５４の間の空気流入路６１にはバッファータンク５１が備えられる。
【００４７】
本発明の実施例による燃料電池システムでは、燃料電池シャットダウン時に燃料電池スタック５４の空気及び水素の流出入を全て遮断するが、この遮断によって生じる密閉された空間内の水素と空気の比を調節するようにバッファータンク５１が備えられる。
【００４８】
燃料電池シャットダウン時、密閉された空間内に存在する水素１分子に対して酸素０．５分子が存在するのが好ましい。これは水素２分子が酸素１分子と結合して水を生成するからである。
【００４９】
空気の大略２０％が酸素という事実を考慮して、燃料電池シャットダウン時に密閉された空間内に存在する水素分子数と酸素分子数の比が２：１になるようにバッファータンク５１の大きさを決定するのが好ましい。
【００５０】
本発明の実施例による燃料電池システムは、燃料電池スタックの正極と負極に電気的に連結できるように構成されるロード（ｌｏａｄ、電気負荷）５２を含む。
【００５１】
図３に示すように、ロード５２はスイッチ５３を通じて燃料電池スタック５４に連結されるのが好ましく、このスイッチ５３は燃料電池制御器５６の制御信号に応じてオン／オフ作動する。例えば、スイッチ５３はリレースイッチにすることができる。
【００５２】
つまり、燃料電池シャットダウン時に燃料電池制御器５６はスイッチ５３をオンさせることにより、燃料電池スタック５４で発生する電気がロード５２で消耗されるようにする。その結果、燃料電池スタック５４内の水素の除去速度を速くしてシャットダウン時間を減らすことができる。
【００５３】
ロード５２は抵抗器とすることができ、その他車両の任意の負荷にすることもできる。
【００５４】
燃料電池制御器５６は前記燃料電池スタック５４と連結設置されて、各システム内の各装置の作動を制御する。
【００５５】
そして、スタック電圧モニタリング装置５５が前記燃料電池スタック５４に連結設置され、燃料電池スタック５４の電圧を検出して該当する信号を燃料電池制御器５６に出力する。
【００５６】
燃料電池制御器５６は、スタック電圧モニタリング装置５５によって検出されるスタック電圧に基づいて、燃料電池スタック５４の電圧の極性が逆転しないようにスイッチ５３を制御する。
【００５７】
さらに、前記燃料電池スタック５４の水素流入路６２と水素排出路６４とを連結する水素循環路６６と、この水素循環路６６に水素を強制循環させるための循環ポンプ５７が設置される。
【００５８】
燃料電池のシャットダウン時、燃料電池スタック５４を構成する複数個の燃料電池シェルの間の水素減少速度が不均一となることがあるが、このような場合は燃料電池スタック５４の電圧が不均一となる虞があり、このような電圧の不均一は燃料電池スタック５４に悪い影響を与える。
【００５９】
本発明の実施例では、燃料電池のシャットダウン時に燃料電池スタック５４内の水素を強制的に循環させることによって、燃料電池スタック５４内の水素をより均一に分布させ、燃料電池スタック５４の電圧均一性を高める。
【００６０】
前記のような構成を有する本発明による燃料電池システムの作用を説明する。以下では一般的な燃料電池システムの作用に対する説明は省略し、本発明の特徴に係る作用のみを説明する。
【００６１】
図３を再び参照すると、本発明の実施例による燃料電池システムは、燃料電池スタック５４の正極及び負極の周辺を、始動及びシャットダウン時に速やかに非活性状態に維持するためのものであって、これをより詳細に説明すれば次の通りである。
【００６２】
本発明の実施例は燃料電池が始動またはシャットダウンする場合、燃料電池制御器５６は空気流入調節バルブ４１、水素流入調節バルブ４２、空気排出調節バルブ４３及び水素排出調節バルブ４４をオフし、燃料電池スタック５４を密閉する。
【００６３】
また燃料電池制御器５６は、スイッチ５３をオン（ｏｎ）させて燃料電池スタック５４内に残存する水素と空気による電気化学反応の結果生成する電気がロード５２で消耗されるようにする。その結果、燃料電池スタック５４内の水素消耗速度が増加してシャットダウン時間が大きく短縮される。
【００６４】
この時、スタック電圧モニタリング装置５５によって燃料電池スタック５４の電圧を検出し、燃料電池スタック５４の電圧極性が逆転した場合は、スイッチ５３をオフ（ｏｆｆ）させて、燃料電池スタック５４が異常作動して損傷することを防止する。
【００６５】
さらに、燃料電池制御器５６は循環ポンプ５７を駆動して燃料電池スタック５４内の水素を均一に分布させることにより、燃料電池スタック５４の電圧の均一性を確保する。
【００６６】
そして燃料電池制御器５６は、水素の枯渇による水素電極周辺の真空化を最小限度におさえるために連結バルブ４５を開放することにより、ＭＥＡ１６の両側をほぼ等圧にして圧力差によるＭＥＡ１６の損傷を防止する。
【００６７】
例えば、常圧で作動するシステムにおいて燃料電池スタック５４内部の残存水素が全て除去されて非活性化された場合、空気側は０．８ｂａｒ、水素側は０ｂａｒの真空が形成されるのに対し、連結バルブ４５が開放されると、両側ともほぼ０．４ｂａｒと等圧になる。この場合、大気圧に対しては負圧が形成されているが、分離板に無孔性素材を使用してあるので、気密性については問題にならない。
【００６８】
【発明の効果】
前述のような本発明による燃料電池システムは、次のような効果を有する。
【００６９】
燃料電池の安全なシャットダウン及び始動ができるので性能及び耐久性が向上し、非活性ガス生成装置が不要となるので装置の追加を最小限にとどめ、窒素ガスを車両に搭載する必要がなく幸便に車両用に適用可能である。
【００７０】
また、速いシャットダウン時間を確保することができ、燃料電池システムの高電圧解消によって感電危険性が排除されるので安全性を向上させることができる。
【００７１】
なお、シャットダウン及び始動時に非活性ガスによるパージングが必要なくなる。
【００７２】
本発明は一実施例を参考にして説明したが、これは例示的なものにすぎず、当該技術分野にて通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的な範囲内において様々な実施例が可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による燃料電池システムの燃料電池スタックの構成を概略的に示した断面図である。
【図２】従来の技術による燃料電池システムの構成を概略的に示した図である。
【図３】本発明による燃料電池システムの構成を概略的に示した図である。
【符号の説明】
１０　　燃料電池シェル
１１　　分離板
１１ａ　陰極側板
１１ｂ　陽極側板
１３　　電極
１４　　ガス拡散層
１５　　高分子電解質膜
１６　　ＭＥＡ
１７　　水素通路
１８　　空気通路
１９　　冷却水通路
２３、５４　　燃料電池スタック
３１　　第３バルブ
３２　　第４バルブ
３３　　第１バルブ
３４　　第２バルブ
３５、３６　　背圧調節器
４１　　空気流入調節バルブ
４２　　水素流入調節バルブ
４３　　空気排出調節バルブ
４４　　水素排出調節バルブ
４５　　連結バルブ
５１　　バッファータンク
５２　　ロード
５３　　スイッチ
５５　　スタック電圧モニタリング装置
５６　　燃料電池制御器
５７　　循環ポンプ
６１　　空気流入路
６２　　水素流入路
６３　　空気排出路
６４　　水素排出路
６５　　連結路
６６　　水素循環路

Claims (10)

  1. 一つ以上の燃料電池シェルを含む燃料電池スタックと、
    選択的に電気的に前記燃料電池スタックに連結可能である電気負荷と、
    前記電気負荷を前記燃料電池スタックに電気的に連結または遮断するようにオン／オフ作動するスイッチと、
    前記スイッチをオン／オフさせる制御信号を生成し、燃料電池スタックがシャットダウンされる場合には前記燃料電池スタックで発生する電気が前記電気負荷で消耗されるように前記スイッチをオンさせる制御信号を生成する制御ユニットとを含むことを特徴とする、燃料電池システム。
  2. 前記燃料電池スタックの電圧をモニタリングして、該当する信号を前記制御ユニットに出力する電圧モニタリング装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記燃料電池スタックの前記一つ以上の燃料電池シェルのうちのいずれか一つ以上の燃料電池シェルの電圧が０より小さい場合、前記制御ユニットは前記スイッチをオフさせる制御信号を出力することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 空気吸入ラインに設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する空気吸入バルブと、
    水素吸入ラインに設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する水素吸入バルブと、
    空気排出ラインに設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する空気調節バルブと、
    水素排出ラインに設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する排出水素調節バルブとをさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
  5. その一端は前記燃料電池スタックと前記排出空気調節バルブの間の空気排出ラインに連結され、他端は前記燃料電池スタックと前記排出水素調節バルブの間の水素排出ラインに連結される連結ライン上に設置され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する連結バルブをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記燃料電池スタックの電圧が設定された電圧以下となる場合、前記制御ユニットは前記連結バルブを開放するための制御信号を生成することを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. その一端は前記燃料電池スタックと前記排出水素調節バルブの間の前記水素排出ラインに連結され、他端は前記吸入水素調節バルブと前記燃料電池スタックの間の水素吸入ラインに連結され、前記制御ユニットの制御信号に応じて作動する循環バルブをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
  8. 前記吸入空気調節バルブと前記燃料電池スタックの間の空気吸入ラインに設置される空気バッファータンクをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
  9. 前記空気バッファータンクの体積は、
    前記吸入空気調節バルブ、前記吸入水素調節バルブ、前記排出空気調節バルブ及び前記排出水素調節バルブが閉鎖された場合、前記燃料電池スタック内部の密閉された空間に存在する水素分子数が酸素分子数の２倍になるように設定されることを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。
  10. 前記燃料電池スタックは、前記複数個の燃料電池シェルの間に配置される無孔性の分離板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
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