(57)【要約】【課題】燃料電池の発電性能の低下を抑制する。【解決手段】燃料電池のセパレータは、積層方向に沿った第１の方向側に冷却媒体用流路が形成され第２の方向側に第１の反応ガス用流路が形成された第１の部分と、第１の方向側に第１の反応ガス用流路が形成され第２の方向側に冷却媒体用流路が形成された第２の部分と、第１の方向側および第２の方向側に第２の反応ガス用流路が形成された第３の部分を含む。複数のセパレータは、一のセパレータの第１の部分と第２の部分の間に他のセパレータの第３の部分が位置するように積層される。一のセパレータの第１の部分と他のセパレータの第３の部分の間と、一のセパレータの第２の部分と他のセパレータの第３の部分の間に、発電体層が配設される。一のセパレータの第１の部分と他のセパレータの第２の部分の間に、絶縁体層が配設される。【選択図】図２
2012069377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反応ガスと第２の反応ガスとを利用して発電を行う燃料電池であって、
導電材料により形成された複数のセパレータであって、それぞれ、積層方向に沿った第１の方向側に冷却媒体用の流路が形成されると共に前記第１の方向とは反対の第２の方向側に前記第１の反応ガス用の流路が形成された第１の部分と、前記第１の部分の前記第２の方向側に位置して前記第１の部分に連結され、前記第１の方向側に前記第１の反応ガス用の流路が形成されると共に前記第２の方向側に冷却媒体用の流路が形成された第２の部分と、前記第２の部分の前記第２の方向側に位置して前記第２の部分に連結され、前記第１の方向側および前記第２の方向側に前記第２の反応ガス用の流路が形成された第３の部分と、を含み、一の前記セパレータの前記第１の部分と前記第２の部分との間に他の前記セパレータの前記第３の部分が位置するように積層された、複数のセパレータと、
電解質膜と前記電解質膜を挟む一対の触媒層とを含む発電体層であって、一の前記セパレータの前記第１の部分と他の前記セパレータの前記第３の部分との間と、一の前記セパレータの前記第２の部分と他の前記セパレータの前記第３の部分との間と、に配設された発電体層と、
一の前記セパレータの前記第１の部分と他の前記セパレータの前記第２の部分との間に配設された絶縁体層と、を備える、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記セパレータの前記第１の部分と前記第２の部分と前記第３の部分との少なくとも１つは、前記流路を形成するための凹凸断面を有する、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、
前記絶縁体層は、多孔質の絶縁性材料を用いて形成され、
前記冷却媒体用流路には、前記絶縁体層の内部空隙を経由して冷却媒体が供給される、燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第１の反応ガスは燃料ガスであり、前記第２の反応ガスは酸化剤ガスである、燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、互いに略平行な略板状形状の前記第１の部分と前記第２の部分と前記第３の部分と、前記第１の部分の端部と前記第２の部分の一方の端部とを連結する第１の連結部と、前記第２の部分の他方の端部と前記第３の部分の端部とを連結する第２の連結部と、を含む、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、接触抵抗による発電性能の低下を抑制可能な燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで配置される一対の触媒層（アノード側触媒層およびカソード側触媒層）のそれぞれに反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。燃料ガスはアノードガスとも呼ばれ、酸化剤ガスはカソードガスとも呼ばれる。
【０００３】
燃料電池は、一般に、電解質膜と一対の触媒層とを含む膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）と、膜電極接合体を挟む一対のセパレータと、を有する単位セルが複数枚（例えば数百枚）積層されたスタック構造の態様で利用される。
【０００４】
燃料電池において、単位セル間の接触抵抗を原因とする出力低下を抑制するために、積層された単位セルを複数の異なる締め付け力で締め付けて出力電流や出力電圧を測定し、最終的に、測定出力が最大であった締め付け力で積層された単位セルを締め付ける、という技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−７１６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の燃料電池では、依然として単位セル間に接触抵抗が存在するため、発電性能が低下する、という課題があった。このような発電性能の低下は、特に大電流運転時において大きくなる傾向があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の発電性能の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］第１の反応ガスと第２の反応ガスとを利用して発電を行う燃料電池であって、
導電材料により形成された複数のセパレータであって、それぞれ、積層方向に沿った第１の方向側に冷却媒体用の流路が形成されると共に前記第１の方向とは反対の第２の方向側に前記第１の反応ガス用の流路が形成された第１の部分と、前記第１の部分の前記第２の方向側に位置して前記第１の部分に連結され、前記第１の方向側に前記第１の反応ガス用の流路が形成されると共に前記第２の方向側に冷却媒体用の流路が形成された第２の部分と、前記第２の部分の前記第２の方向側に位置して前記第２の部分に連結され、前記第１の方向側および前記第２の方向側に前記第２の反応ガス用の流路が形成された第３の部分と、を含み、一の前記セパレータの前記第１の部分と前記第２の部分との間に他の前記セパレータの前記第３の部分が位置するように積層された複数のセパレータと、
電解質膜と前記電解質膜を挟む一対の触媒層とを含む発電体層であって、一の前記セパレータの前記第１の部分と他の前記セパレータの前記第３の部分との間と、一の前記セパレータの前記第２の部分と他の前記セパレータの前記第３の部分との間と、に配設された発電体層と、
一の前記セパレータの前記第１の部分と他の前記セパレータの前記第２の部分との間に配設された絶縁体層と、を備える、燃料電池。
【００１０】
この燃料電池は、導電材料により形成された複数のセパレータを備える。複数のセパレータのそれぞれは、第１の部分と、第１の部分の第２の方向側に位置して第１の部分に連結された第２の部分と、第２の部分の第２の方向側に位置して第２の部分に連結された第３の部分とを含む。第１の部分の第１の方向側には冷却媒体用の流路が形成され、第２の方向側には第１の反応ガス用の流路が形成される。第２の部分の第１の方向側には第１の反応ガス用の流路が形成され、第２の方向側には冷却媒体用の流路が形成される。第３の部分の第１の方向側および第２の方向側には第２の反応ガス用の流路が形成される。複数のセパレータは、一のセパレータの第１の部分と第２の部分との間に他のセパレータの第３の部分が位置するように積層される。また、この燃料電池では、一のセパレータの第１の部分と他のセパレータの第３の部分との間と、一のセパレータの第２の部分と他のセパレータの第３の部分との間とに、電解質膜と一対の触媒層とを含む発電体層が配設される。また、この燃料電池では、一のセパレータの第１の部分と他のセパレータの第２の部分との間に、絶縁体層が配設される。そのため、この燃料電池では、セパレータ同士の接触により通電性を確保している箇所が存在しないため、セパレータ同士の接触抵抗による燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。
【００１１】
［適用例２］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記セパレータの前記第１の部分と前記第２の部分と前記第３の部分との少なくとも１つは、前記流路を形成するための凹凸断面を有する、燃料電池。
【００１２】
この燃料電池では、簡単な構成でセパレータの各部分の両側に流路を確保することができる。
【００１３】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の燃料電池であって、
前記絶縁体層は、多孔質の絶縁性材料を用いて形成され、
前記冷却媒体用流路には、前記絶縁体層の内部空隙を経由して冷却媒体が供給される、燃料電池。
【００１４】
この燃料電池では、冷却媒体の供給および排出のためのマニホールドの形成位置の自由度を向上させることができ、燃料電池の平面最適設計の容易化を実現することができる。
【００１５】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第１の反応ガスは燃料ガスであり、前記第２の反応ガスは酸化剤ガスである、燃料電池。
【００１６】
この燃料電池では、冷却媒体用の流路が発電体層のアノード側に形成されることとなり、アノード側の温度がカソード側の温度よりも低くなるように電解質膜内に水の濃度勾配を生じさせることができ、カソード側からアノード側への水の拡散を容易にして燃料電池内の水バランスを均一化させることによって発電性能を向上させることができる。
【００１７】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、互いに略平行な略板状形状の前記第１の部分と前記第２の部分と前記第３の部分と、前記第１の部分の端部と前記第２の部分の一方の端部とを連結する第１の連結部と、前記第２の部分の他方の端部と前記第３の部分の端部とを連結する第２の連結部と、を含む、燃料電池。
【００１８】
この燃料電池では、セパレータ同士の接触により通電性を確保することなく、複数のセパレータと発電体層と絶縁体層とが積層された燃料電池を構成することができる。
【００１９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池用セパレータ、燃料電池システム等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池１００を構成する各モジュール１４０の断面構成を概略的に示す説明図である。
【図３】セパレータ２０の概略形状を示す斜視図である。
【図４】本実施例の燃料電池１００の性能評価試験結果の一例を示す説明図である。
【図５】比較例の燃料電池１００ａの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：
【００２２】
Ａ．実施例：
図１は、本発明の実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとしての空気とを利用して発電を行うシステムであり、例えば車両に搭載されて車両の動力源として使用される。
【００２３】
燃料電池システム１０は、燃料電池１００を備えている。燃料電池１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数のモジュール１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０とが、この順に積層されたスタック構造を有している。燃料電池１００の内部には、燃料電池１００の積層方向（すなわちモジュール１４０の面方向に略直交する方向）に伸びる流路として、燃料ガス供給マニホールドと、燃料ガス排出マニホールドと、酸化剤ガス供給マニホールドと、酸化剤ガス排出マニホールドと、冷却媒体供給マニホールドと、冷却媒体排出マニホールドと、が形成されている（いずれも図示せず）。
【００２４】
燃料電池１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池１００に供給された水素は、燃料ガス供給マニホールドを介して各モジュール１４０に分配され、各モジュール１４０における発電に利用される。各モジュール１４０において利用されなかった水素（アノードオフガス）は、燃料ガス排出マニホールドを介して集められ、排出配管６３を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを配管５３側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。
【００２５】
燃料電池１００には、また、エアポンプ６０および配管６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池１００に供給された空気は、酸化剤ガス供給マニホールドを介して各モジュール１４０に分配され、各モジュール１４０における発電に利用される。各モジュール１４０において利用されなかった空気（カソードオフガス）は、酸化剤ガス排出マニホールドを介して集められ、排出配管５４を介して燃料電池１００の外部に排出される。
【００２６】
さらに、燃料電池１００には、各モジュール１４０を冷却するため、ウォーターポンプ７１および配管７２を介して、ラジエータ７０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池１００に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールドを介して各モジュール１４０に分配され、各モジュール１４０の冷却に用いられる。その後、冷却媒体は、冷却媒体排出マニホールドを介して集められ、配管７３を介してラジエータ７０に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍液、空気などが用いられる。
【００２７】
図２は、燃料電池１００を構成する各モジュール１４０の断面構成を概略的に示す説明図である。図２に示すように、燃料電池１００における複数のモジュール１４０の積層体は、複数のセパレータ２０と、複数の発電体層３０と、複数の絶縁体層４０と、が積層された構成を有している。なお、図２には、燃料電池１００における複数のモジュール１４０の積層体の内、３つのセパレータ２０により構成される部分のみを抜き出して示している。
【００２８】
図３は、セパレータ２０の概略形状を示す斜視図である。図２および図３に示すように、セパレータ２０は、第１の部分２１と第２の部分２２と第３の部分２３とを含んでいる。第１の部分２１と第２の部分２２と第３の部分２３とは、共に、積層方向に略直交する略平板形状である。また、セパレータ２０は、第１の部分２１の端部と第２の部分２２の一方の端部とを積層方向に沿って連結する第１の連結部２４と、第２の部分２２の他方の端部と第３の部分２３の端部とを積層方向に沿って連結する第２の連結部２５と、を含んでいる。すなわち、セパレータ２０は、略Ｓ字断面形状（クランク断面形状）に形成されている。なお、セパレータ２０は、水素透過性が低く導電性を有する材料（例えば金属やカーボン）で形成されている。
【００２９】
図２および図３に示すように、セパレータ２０の第１の部分２１と第２の部分２２と第３の部分２３とは、共に、積層方向に沿った凹凸断面を有している。これにより、第１の部分２１の積層方向に沿った一方の方向（以下、「第１の方向」と呼ぶ）側に、溝状の冷却媒体用流路２６が形成され、第１の部分２１の積層方向に沿った他方の方向（以下、「第２の方向」と呼ぶ）側に、溝状の燃料ガス用流路２７が形成される。また、第２の部分２２の第１の方向側に、溝状の燃料ガス用流路２７が形成され、第２の部分２２の第２の方向側に、溝状の冷却媒体用流路２６が形成される。また、第３の部分２３の第１の方向側と第２の方向側とに、溝状の酸化剤ガス用流路２８が形成される。なお、燃料ガス用流路２７は、上述した燃料ガス供給マニホールドおよび燃料ガス排出マニホールドと連通しており、酸化剤ガス用流路２８は、上述した酸化剤ガス供給マニホールドおよび酸化剤ガス排出マニホールドと連通している。
【００３０】
また、複数のセパレータ２０は、一のセパレータ２０の第１の部分２１と第２の部分２２との間に他のセパレータ２０の第３の部分２３が位置するように、すなわち、交互に噛み合わされるようにして、互いに積層されている。
【００３１】
発電体層３０は、図２に示すように、カソード側拡散層３６と、膜電極接合体３５と、アノード側拡散層３７とが、順に積層された構成を有している。膜電極接合体３５は、電解質膜３１と、電解質膜３１のカソード側に配置（塗布）されたカソード側触媒層３３と、電解質膜３１のアノード側に配置（塗布）されたアノード側触媒層３４と、から構成されている。
【００３２】
電解質膜３１は、例えば、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。カソード側触媒層３３およびアノード側触媒層３４は、例えば、電極反応を促進するための触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金と、高分子電解質と、により形成されている。カソード側拡散層３６およびアノード側拡散層３７は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルト等によって形成されている。
【００３３】
図２に示すように、一のセパレータ２０の第１の部分２１と他のセパレータ２０の第３の部分２３との間に、発電体層３０が配設される。この位置に配設された発電体層３０（例えば図２の３０Ａ）は、第１の方向側がアノード側で第２の方向側がカソード側であるような向きとなっている。また、一のセパレータ２０の第２の部分２２と他のセパレータ２０の第３の部分２３との間にも、発電体層３０が配設される。この位置に配設された発電体層３０（例えば図２の３０Ｂ）は、第１の方向側がカソード側で第２の方向側がアノード側であるような向きとなっている。このように、燃料電池１００に含まれる複数の発電体層３０は、向きが交互に反対になるように配設されているため、セパレータ２０等を挟んで隣接する発電体層３０間で、アノード側同士およびカソード側同士が向かい合うこととなる。
【００３４】
図２に示すように、一のセパレータ２０の第１の部分２１と他のセパレータ２０の第２の部分２２との間には、絶縁体層４０が配設されている。絶縁体層４０は、セパレータ２０間の短絡を防ぐと共に、冷却媒体の漏洩を防止する。絶縁体層４０は、絶縁性材料を用いて形成されている。なお、本実施例では、絶縁体層４０は、多孔質の絶縁性材料を用いて形成されており、絶縁体層４０内部の空隙は、上述した冷却媒体供給マニホールドおよび冷却媒体排出マニホールドと連通している。
【００３５】
また、一のセパレータ２０の第１の部分２１の先端部と他のセパレータ２０の第２の連結部２５との間と、一のセパレータ２０の第３の部分２３の先端部と他のセパレータ２０の第１の連結部２４との間とには、絶縁封止用接着剤４１が配置されている。また、一のセパレータ２０の第２の部分２２と他のセパレータ２０の第３の部分２３との間に配設された発電体層３０（例えば図２の３０Ｂ）の第１の連結部２４に面する側とは反対側の端部には、絶縁封止用接着剤４２が形成されている。絶縁封止用接着剤４１および絶縁封止用接着剤４２は、セパレータ２０間の短絡を防ぐと共に、冷却媒体の漏洩を防止する。
【００３６】
このような構成の燃料電池１００において、モジュール１４０は、絶縁体層４０（の半分）と、一のセパレータ２０の第１の部分２１と、発電体層３０と、他のセパレータ２０の第３の部分２３と、発電体層３０と、上記一のセパレータ２０の第２の部分２２と、絶縁体層４０（の半分）と、から構成される。燃料電池１００は、この繰り返し単位としてのモジュール１４０が、複数積層された構成となっている。
【００３７】
燃料電池１００では、上述した燃料ガス供給マニホールドから供給された水素は、燃料ガス用流路２７を流動しつつ、発電体層３０のアノード側拡散層３７、さらにはアノード側触媒層３４へと供給される。また、上述した酸化剤ガス供給マニホールドから供給された空気は、酸化剤ガス用流路２８を流動しつつ、発電体層３０のカソード側拡散層３６、さらにはカソード側触媒層３３へと供給される。また、上述した冷却媒体供給マニホールドから供給された冷却媒体は、絶縁体層４０内部の空隙を介して冷却媒体用流路２６内に導かれ、冷却媒体用流路２６を流動しつつ、発電体層３０（のアノード側）を冷却する。
【００３８】
以上説明した燃料電池１００では、セパレータ２０同士の接触により通電性を確保している箇所が存在しないため、原理的に、モジュール１４０間におけるセパレータ２０同士の接触抵抗が存在しない。従って、本実施例の燃料電池１００では、セパレータ同士の接触抵抗による出力低下を抑制することができる。
【００３９】
図４は、本実施例の燃料電池１００の性能評価試験結果の一例を示す説明図である。性能評価試験には、実施例の燃料電池１００と共に、比較例の燃料電池１００ａを用いた。図５は、比較例の燃料電池１００ａの概略構成を示す説明図である。比較例の燃料電池１００ａは、従来の一般的な燃料電池であり、実施例と同様の構成の発電体層３０ａと、発電体層３０ａを挟んで配設された一対のセパレータ２０ａと、からなるモジュール１４０ａ（単位セル）が複数積層された構成となっている。比較例の燃料電池１００ａでは、モジュール１４０ａ間の通電性がセパレータ２０ａ同士の接触部Ｐにおいて確保されているため、モジュール１４０ａ間におけるセパレータ２０ａ同士の接触抵抗が存在する。
【００４０】
図４には、実施例の燃料電池１００と比較例の燃料電池１００ａとのＩ−Ｖ性能の評価試験結果を示している。図４に示すように、本実施例の燃料電池１００は、比較例の燃料電池１００ａと比較して良好なＩ−Ｖ性能を示す。特に、大電流運転時において、本実施例の燃料電池１００は良好なＩ−Ｖ性能を示す。Ｉ−Ｖ性能の向上の要因としては、実施例の燃料電池１００ではモジュール１４０間におけるセパレータ２０同士の接触抵抗が存在しないために、接触抵抗による出力低下が抑制されたことが考えられる。
【００４１】
また、Ｉ−Ｖ性能の向上の要因として、以下に説明する他の要因も考えられる。電解質膜３１は、その内部における水素イオンの移動に水分子が必要であり、水分を含んだ状態でのみ高い水素イオン導電性を示す。そのため、燃料電池１００内の水分が不足して電解質膜３１が乾燥すると、水素イオンの導電性が低下し、燃料電池１００の発電性能が低下する。他方、電解質膜３１近傍に過剰な水分が存在すると、反応ガスの供給が水によって妨げられ、やはり燃料電池１００の発電性能が低下する。特に、カソード側では、水素と酸素との反応によって水が生成されるため、カソード近傍には余剰の水分が発生しやすい。従って、燃料電池１００において高い発電性能を維持するためには、燃料電池１００内の余剰水の排水と電解質膜３１の保湿とを両立させることが重要である。具体的には、電解質膜３１中の水分のカソード側からアノード側への輸送を促進してカソード側とアノード側との水バランスを是正することが有効であると考えられる。
【００４２】
本実施例の燃料電池１００では、図２に示すように、セパレータ２０等を挟んで隣接する発電体層３０間でアノード側同士およびカソード側同士が向かい合っており、２つの発電体層３０のアノード側に挟まれた部分に冷却媒体用流路２６が形成されている。そのため、本実施例の燃料電池１００では、アノード側の温度がカソード側の温度よりも低くなるように電解質膜３１内に水の濃度勾配を生じさせることができ、カソード側からアノード側への水の拡散を容易にして燃料電池１００内の水バランスを均一化させることができる。従って、本実施例の燃料電池１００では、燃料電池１００内の余剰水の排水と電解質膜３１の保湿とを両立させることができ、Ｉ−Ｖ性能を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施例の燃料電池１００では、図２に示すように、２つの発電体層３０のカソード側に挟まれた部分には、冷却媒体用流路２６を形成する必要はない。そのため、本実施例の燃料電池１００では、装置の小型化を実現することができる。
【００４４】
また、本実施例の燃料電池１００では、セパレータ２０の第１の部分２１と第２の部分２２と第３の部分２３とが積層方向に沿った凹凸断面を有しており、これにより、溝状の冷却媒体用流路２６、燃料ガス用流路２７、酸化剤ガス用流路２８が形成されているため、簡単な構成で各部分の両側に流路を確保することができる。
【００４５】
また、本実施例の燃料電池１００では、絶縁体層４０が多孔質の絶縁性材料を用いて形成されており、冷却媒体用流路２６には絶縁体層４０の内部空隙を経由して冷却媒体が供給されるため、冷却媒体供給マニホールドおよび冷却媒体排出マニホールドの形成位置の自由度を向上させることができ、モジュール１４０の平面最適設計の容易化を実現することができる。
【００４６】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４７】
上記実施例における燃料電池システム１０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施例では、燃料ガスとしての水素が水素タンク５０から供給されるとしているが、水素が他の供給手段（例えば化石エネルギーの改質器）から供給されるとしてもよい。
【００４８】
また、上記実施例において、アノード側およびカソード側の配置を逆にしてもよい。すなわち、セパレータ２０の第１の部分２１の第２の方向側および第２の部分２２の第１の方向側に酸化剤ガス用流路が形成され、第３の部分２３の第１の方向側および第２の方向側に燃料ガス用流路が形成され、発電体層３０の向きが上記実施例と逆であってもよい。このようにしても、上記実施例と同様に、モジュール１４０間におけるセパレータ２０同士の接触抵抗が存在しないため、セパレータ同士の接触抵抗による出力低下を抑制することができる。ただし、アノード側およびカソード側の配置が上記実施例のような配置であれば、上述したように、アノード側の温度がカソード側の温度よりも低くなるように電解質膜３１内に水の濃度勾配を生じさせることができ、カソード側からアノード側への水の拡散を容易にして燃料電池１００内の水バランスを均一化させることによって発電性能を向上させることができるため、より好ましい。
【００４９】
また、上記実施例では、絶縁体層４０が多孔質の絶縁性材料を用いて形成されており、冷却媒体用流路２６には絶縁体層４０の内部空隙を経由して冷却媒体が供給されるとしているが、絶縁体層４０を経由することなく冷却媒体用流路２６に冷却媒体が供給されるものとしてもよい。この場合には、絶縁体層４０は、多孔質ではない（すなわち緻密質の）絶縁性材料を用いて形成されるか、空隙を封止した多孔質の絶縁性材料を用いて形成される。
【００５０】
また、セパレータ２０の第３の部分２３は、両側とも発電体層３０の同極側（実施例ではカソード側）に面しているため、反応ガスをセパレートする機能を奏する必要はない。そのため、セパレータ２０の第３の部分２３は、導電性を有し、第１の方向側および第２の方向側に反応ガス用の流路を形成できる材料であれば、どのような材料で形成されてもよい。例えば、セパレータ２０の第３の部分２３は、エキスパンドメタルにより形成されるとしてもよい。
【００５１】
また、上記実施例において、酸化剤ガスとして空気以外のガスが用いられてもよく、燃料ガスとして水素以外のガスが用いられてもよい。また、上記実施例では、燃料電池１００は固体高分子型燃料電池であるとしているが、本発明は他の種類の燃料電池（例えば、ダイレクトメタノール形燃料電池やリン酸形燃料電池）にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…燃料電池システム
２０…セパレータ
２１…第１の部分
２２…第２の部分
２３…第３の部分
２４…第１の連結部
２５…第２の連結部
２６…冷却媒体用流路
２７…燃料ガス用流路
２８…酸化剤ガス用流路
３０…発電体層
３１…電解質膜
３３…カソード側触媒層
３４…アノード側触媒層
３５…膜電極接合体
３６…カソード側拡散層
３７…アノード側拡散層
４０…絶縁体層
４１…絶縁封止用接着剤
４２…絶縁封止用接着剤
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…エアポンプ
６１…配管
６３…排出配管
７０…ラジエータ
７１…ウォーターポンプ
７２…配管
７３…配管
１００…燃料電池
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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