セパレータ、燃料電池装置及び電子機器
【課題】複数のセパレータの間に膜電極接合体を挟持したセル構造を含む燃料電池装置を構成した場合、このようなセル構造同士を外部配線を設けることなく、直列又は並列、又はその両方を含む接続とすることができる。
【解決手段】両面セパレータ１Ａは、第三の基板１３Ａ表面に蛇行溝１２１Ａとその周囲に対応する箇所に内部導電性膜１３１Ａが形成され、一つが内部導電性膜１３１Ａに接続されて他が絶縁された複数の第三コネクタ１３９Ａが形成され、第三の基板１３Ａ裏面に蛇行溝１４１Ａとその周囲に対応する箇所に内部導電性膜１３２Ａが形成され、一つが内部導電性膜１３２Ａに接続され、他が絶縁された複数の第四コネクタ１３０Ａがその周囲に形成され、各対応する第一乃至第四コネクタ１１３Ａ，１３９Ａ，１３０Ａ，１５３Ａ同士は、各基板１１Ａ，１３Ａ，１５Ａにおいて互いに対応する位置に設けられ、互いに接続される。
【解決手段】両面セパレータ１Ａは、第三の基板１３Ａ表面に蛇行溝１２１Ａとその周囲に対応する箇所に内部導電性膜１３１Ａが形成され、一つが内部導電性膜１３１Ａに接続されて他が絶縁された複数の第三コネクタ１３９Ａが形成され、第三の基板１３Ａ裏面に蛇行溝１４１Ａとその周囲に対応する箇所に内部導電性膜１３２Ａが形成され、一つが内部導電性膜１３２Ａに接続され、他が絶縁された複数の第四コネクタ１３０Ａがその周囲に形成され、各対応する第一乃至第四コネクタ１１３Ａ，１３９Ａ，１３０Ａ，１５３Ａ同士は、各基板１１Ａ，１３Ａ，１５Ａにおいて互いに対応する位置に設けられ、互いに接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータ、燃料電池装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んに行われている。燃料電池は、アノードガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。
【０００３】
従来の燃料電池は膜電極接合体と導電性基板であるセパレータとを交互に積層することでスタック化されており、二つのセパレータとその間に挟持された膜電極接合体とにより構成される燃料電池セルが直列に接続されている。膜電極接合体は固体高分子電解質膜の両面にそれぞれ矩形状の電極が設けられたものであるが、以下においては、簡略化のため、さらに、この電極における固体高分子電解質膜と当接する面とは逆の面に電極と同形状の導電性を有するガス拡散層を積層するとともに、電極及びガス拡散層を囲繞するように枠状のガスケットが設けられたものを含めて膜電極接合体と定義して記載する。セパレータは両面に流路を形成したものであり、セパレータの一方の面に形成された流路にはアノードガスが流れ、他方の面に形成された流路にはカソードガスが流れるようになっている。
【０００４】
上述のように燃料電池セルを直列に接続した場合、全ての燃料電池セルに同量の電流が流れることになるため、例えば積層された複数の燃料電池セルのうち、一つの燃料電池セルの発電効率が悪いと、この燃料電池セルに大きな負荷がかかりひいては逆電圧が発生し、電極触媒の溶出等の致命的な現象が発生し、燃料電池の寿命に大きく影響を及ぼすことがある。
そこで、上述したような問題点を回避するために、電流量を抑えた状態で、燃料電池を動作させると、全体としての発電性能が大きく低下するという問題があった。
【０００５】
図２６は、燃料電池の発電特性を示したグラフの一例である。このグラフより、一つの燃料電池セルがグラフの「異常」と示した特性であるとき、６Ａでは０Ｖもしくはマイナスの電圧に低下してしまい燃料電池セルの寿命に大きく影響することがわかる。したがって、実際には全体を５．５Ａ程度に電流を制御して使用する必要が生じる。この制限を異常のある燃料電池セルではなく、正常に動作している燃料電池セル一つについてのみ考えると、６．０Ａの時に０．５９Ｖ（３．５４Ｗ）で動作可能な燃料電池セルは、５．５Ａの出力制御をすることによって０．６１Ｖ（３．３５ｗ）となり、５．４％の性能の低下となる。この性能の低下は、スタック全体として考えても同様であり、スタック構造によって、一つの燃料電池セルの不具合の影響が与える影響が大きいということが認められる。
【０００６】
上記問題点の影響を回避する方法の一つとして燃料電池セルを電気的に並列接続することが挙げられる。図２７は、燃料電池セルを並列接続した時の燃料電池の発電特性を示したグラフである。正常に動作しているときに、二つの燃料電池セルにて６Ａ、０．５９Ｖで運転動作している系がある。ここで、上記と同じ不具合が片方のセルに発生した時、二つの燃料電池セルに掛かる電流値を固定して考えると、電気的に並列に接続されているため、電流値は合計して１２Ａで同じ電圧の点にて、各燃料電池セル間で調整されて動作する（グラフ中のＸとＹの矢印のように変化）。このことにより、一つの燃料電池セルに対して突発的に不具合が発生しても、他の正常な燃料電池セルにて補う作用により、限界電圧に落ち込み難いという効果が認められる。また、これは二つの燃料電池セルでなくそれ以上の数の燃料電池セルを電気的に並列につなぐとさらに安定化する効果がある。
【０００７】
ここで、燃料電池セルを並列接続する技術として、絶縁性基板であるセパレータの両面又は片面における流路が形成される領域内にガス拡散層と当接する導電層を設けて、この導電層に接続されて且つ流路が形成される領域外に前述の導電層に接続された外部接続端子を設ける構造が知られている。この場合、スタックの中間部に配置される両面セパレータの各面に設けられた導電層と、２つの膜電極接合体の各アノード電極とがそれぞれ当接するように、この膜電極接合体が配置されて、この導電層に接続された第一外部接続端子を負極端子とされる。さらに、スタックの両端部であって且つこの両面セパレータとの間にそれぞれ上述の膜電極接合体を挟んで配置される２つの片面セパレータに、これら２つの膜電極接合体のカソード電極と当接する導電層が設けられ、これら２つの導電層に接続された第二外部接続端子を正極端子とする構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−０５５２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された発電セル積層体（同引用文献の図７の符号５０）を含む燃料電池は、各発電セル（同図の符号１０）の内部においてのみ並列接続されている。したがって、このような発電セル同士を複数個直列接続、又は、並列接続する場合、従来と同様に、そのスタックの外部にて配線を形成するしかなく、各発電セル毎に設けられた外部接続端子同士を並列に接続する外部回路が必要となり、部品点数が増加して組立工程も複雑となるという問題があった。また、これに伴って検査工程が増加するとともに歩留まりの低下が発生するという問題もあった。さらには、発電セル積層体の外部に並列接続用の回路を設ける必要があるために単位発電量に対する燃料電池の大きさが大きくなってしまうという問題もあった。
その上、上記特許文献１に記載された技術の各発電セルは、単位発電量しか出力できないため、このような発電セル燃料電池を、一般的な電子機器において使用する場合は、昇圧回路が必要となるが、燃料電池セル相当の電圧が小さすぎるため、一般的な電子機器においては実現が困難又は不可能であるか、又は電力損失が大きくなってしまうという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発電セル同士の直列接続、又は、並列接続を含む電気的接続を、外部配線を設けることなく、簡易に実現することができ、ひいては、高出力で安定した電力を得ることができ、また、組立工程が少なく、大型化しないセパレータ及び燃料電池装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に記載のセパレータは、１以上の絶縁性基板を含むセパレータであって、
前記セパレータの一方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第一導電層と、複数の第一接続端子とが形成され、
前記複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記第一導電層とが接続され、
前記複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第一導電層とが絶縁され、
前記セパレータの他方の面に前記複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する複数の第二接続端子が形成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する他のセパレータの複数の第二接続端子が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１又は２に記載の発明によれば、セパレータの一方の面に導電性を有する第一導電層と複数の第一接続端子とを形成し、複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと第一導電層とを接続し、複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと第一導電層とを絶縁し、セパレータの他方の面に複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する複数の第二接続端子を形成しているので、この構成を備える２つのセパレータの間に膜電極接合体を挟持したセル構造を含む燃料電池装置を構成した場合、このようなセル構造同士を外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【００１２】
請求項３に記載のセパレータは、１以上の絶縁性基板を含むセパレータであって、
前記セパレータの一方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第一導電層と、複数の第一接続端子とが形成され、
前記複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記第一導電層とが接続され、
前記複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第一導電層とが絶縁され、
前記セパレータの他方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第二導電層と、複数の第二接続端子とが形成され、
前記複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと前記第二導電層とが接続され、
前記複数の第二接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第二導電層とが絶縁され、
前記複数の第一接続端子のうち何れか一つと前記複数の第二接続端子のうち何れか一つとが接続されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載のセパレータは、請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの前記第一導電層と接続された他のセパレータの第二導電層が形成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの第一導電層と接続された外部接続端子が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に他のセパレータの複数の第二接続端子を備え、前記他のセパレータの第二接続端子のうち少なくとも一つが前記他のセパレータの第一接続端子と接続されるとともに前記他のセパレータの第一導電層と接続され、
前記他のセパレータの第二接続端子のうち他の少なくとも一つが前記他のセパレータの第一接続端子と接続されるとともに前記他のセパレータの第一導電層と絶縁されることを特徴とするセパレータ。
【００１６】
請求項３乃至６の何れか一項に記載の発明によれば、セパレータの一方の面に導電性を有する第一導電層と複数の第一接続端子とを形成し、複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと第一導電層とを接続し、複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと第一導電層とを絶縁し、セパレータの他方の面に導電性を有する第二導電層と複数の第二接続端子とを形成し、複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと第二導電層とを接続し、複数の第二接続端子のうち他の少なくとも一つと第二導電層とを絶縁し、複数の第一接続端子のうち何れか一つと複数の第二接続端子のうち何れか一つとを接続しているので、この構成を備える２つのセパレータの間に膜電極接合体を挟持したセル構造を含む燃料電池装置を構成した場合、このようなセル構造同士を外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載のセパレータであって、
ボルトが挿通される複数の穴を備え、
前記複数の第一接続端子は前記複数の穴の間に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、セパレータの一方の面に導電性を有する第一導電層と複数の第一接続端子とを形成し、複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと第一導電層とを接続し、複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと第一導電層とを絶縁し、セパレータの他方の面に導電性を有する第二導電層と複数の第二接続端子とを形成し、複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと第二導電層とを接続し、複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと第二導電層とを絶縁し、複数の第一接続端子のうち何れか一つと複数の第二接続端子のうち何れか一つとを接続しているので、この構成を備える２つのセパレータの間に膜電極接合体を挟持したセル構造を含む燃料電池装置を構成した場合、このようなセル構造同士を外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。また、複数の第一接続端子がボルトが挿通される複数の穴の間に設けられているので、燃料電池装置の大きさを大きくすることなく、上述の接続を実現することができる。
【００１９】
請求項８に記載の燃料電池装置は、請求項３に記載のセパレータを備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の燃料電池装置は、請求項３に記載の一のセパレータと、請求項４に記載の他のセパレータと、電解質膜の両面にそれぞれ少なくとも一つ電極が設けられた膜電極接合体とを備え、
前記一のセパレータの一方の面と前記他のセパレータの一方の面とが対向配置され、前記膜電極接合体が前記他のセパレータの一方の面と前記一のセパレータの一方の面との間に挟持されるセル構造を含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の燃料電池装置は、請求項３に記載の一のセパレータを複数個と、電解質膜の両面にそれぞれ少なくとも一つ電極が設けられた膜電極接合体とを備え、
前記複数個の一のセパレータのうちの一つにおける一方の面と前記複数個の一のセパレータのうち他の一つにおける他方の面とが対向配置され、前記膜電極接合体が前記複数個の一のセパレータのうち一つにおける一方の面と前記複数個の一のセパレータのうち他の一つにおける他方の面との間に挟持されるセル構造を含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項８乃至１０の何れか一項に記載の発明によれば、請求項３に記載のセパレータを備えるので、膜電極接合体が２つのセパレータ間に挟持されるセル構造同士を、外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【００２３】
請求項１１に記載の電子機器は、請求項８乃至１０の何れか一項に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項８乃至１０の何れか一項に記載の燃料電池装置を備えるので、膜電極接合体が２つのセパレータ間に挟持されるセル構造同士を、外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、２つのセパレータの間に膜電極接合体を挟持したセル構造を含む燃料電池装置を構成した場合、このようなセル構造同士を外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［第一の実施の形態］
まず、第一の実施の形態として、図２に示す、両面セパレータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、片面セパレータ２Ａ、３Ａ等を使用した燃料電池装置５について、この燃料電池装置５を備えた発電装置４００とともに説明する。
図１は、燃料電池装置５を備えた発電装置４００のブロック図である。この発電装置４００は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
【００２７】
発電装置４００は、メタノール等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留した燃料容器４０１と、燃料容器４０１から供給された燃料と水を気化させる気化器４０３と、燃料容器４０１から燃料と水を吸引するとともに吸引した燃料と水を気化器４０３に供給する燃料ポンプ４０２と、気化器４０３から供給された燃料と水の混合気を水素ガスと二酸化炭素ガス等を化学反応式（１）、（２）のように生成する改質器４０４と、改質器４０４から供給された混合気中の一酸化炭素を化学反応式（３）のように酸化させることで混合気から一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器４０５と、一酸化炭素除去器４０５から供給された混合気のうち水素ガスと外気の酸素ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池装置５と、外気の空気を吸引するとともに吸引した空気を一酸化炭素除去器４０５及び燃料電池装置５に供給する空気ポンプ４０６と、を備える。
【００２８】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３）
【００２９】
なお、燃料容器４０１に貯留された燃料は、メタノールの代わりに、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素原子を含む化合物が適用可能である。
【００３０】
図２は、スタック型の燃料電池装置５を図３のIVｂ−IVｂ切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、図３は、図２における両面セパレータ１Ａの平面図、図４（ａ）は、図２における膜電極接合体６を上記IVｂ−IVｂ切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図、図４（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図２における両面セパレータ１Ａを上記IVb−IVb切断線又はIVc−IVc切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図、図５（a）、（b）は、それぞれ図２における片面セパレータ２Ａを上記IVb−IVb切断線又はIVc−IVc切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図である。
燃料電池装置５は、片面セパレータ３Ａ、膜電極接合体６、両面セパレータ１E、膜電極接合体６、両面セパレータ１D、膜電極接合体６、両面セパレータ１Ｃ、膜電極接合体６、両面セパレータ１Ｂ、膜電極接合体６、両面セパレータ１Ａ、膜電極接合体６、片面セパレータ２Ａが上から順に積層されたセルスタック７１と、セルスタック７１の陽極側の集電板７２と、セルスタック７１の陰極側の集電板７３等を備えている。
【００３１】
セルスタック７１は、複数の燃料電池セルが電気的に接続されて積層されてなるものである。ここで、各燃料電池セルは、膜電極接合体６が片面セパレータ３Ａ及び両面セパレータ１Eによって挟まれた構造、膜電極接合体６が各両面セパレータ１Ａ〜１Ｅによって挟まれた構造、膜電極接合体６が両面セパレータ１Ａ及び片面セパレータ２Ａによって挟まれた構造である。両面セパレータ１Ａ〜１Ｅは、隣接する燃料電池セルの双方の構造を兼ね、隣接する燃料電池セル１Ａ〜１Ｅは、後述するように直列又は並列に接続されている。積層される燃料電池セルの数は、各膜電極接合体６，６，…の起電力と、燃料電池装置５に要求される出力電圧によって定まる。
【００３２】
図４を用いて膜電極接合体６，６，…について説明する。なお、いずれの膜電極接合体６も同様に構成されている。
膜電極接合体６は、固体高分子電解質膜６１と、ガス拡散層６２a，６２bと、触媒６３a，６３bと、ガスケット６４a，６４bとを備えて構成されている。
【００３３】
固体高分子電解質膜６１は、矩形状に形成された膜であって、水素イオン（Ｈ+）を選択的に透過させるものである。固体高分子電解質膜６１の両面であってそれぞれの中央部には、導電性を有する触媒６３a，６３bが矩形状に設けられている。触媒６３ａ，６３ｂは、例えば、導電性を有する担体上に触媒を担持させたものとしてよい。触媒６３a，６３b上には、それぞれ触媒６３ａ，６３ｂと当接するように、触媒６３ａ，６３ｂと同形状の導電性を有するガス拡散層６２a，６２bが配置されている。ガス拡散層６２a，６２bは、水素、水、酸素等のガスを透過して拡散させるものである。触媒６３ａとガス拡散層６２aとはアノード（水素極）として機能し、触媒６３ｂとガス拡散層６２bとはカソード（酸素極）として機能する。
【００３４】
固体高分子電解質膜６１の外周部であって、一方の面には、触媒６３ａとガス拡散層６２aとを囲繞するよう矩形枠型のガスケット６４aが設けられており、他方の面には、触媒６３ｂとガス拡散層６２bとを囲繞するよう矩形枠型のガスケット６４bが設けられている。ガスケット６４a，６４ｂは絶縁体であり、かつ弾性体である。ガスケット６４a，６４bは膜電極接合体６を挟む片面セパレータ２Ａ，３Ａと両面セパレータ１Ａ〜１Ｅとの間に、ガス拡散層６２a，６２b及び触媒６３a，６３bを配置するためのスペーサーとして機能するとともに、片面セパレータ２Ａより供給されるアノードガス、両面セパレータ１Ａ〜１Ｅに形成された蛇行溝１２１Ａ〜１２１Ｅを流通するカソードガス、及び、両面セパレータ１Ａ〜１Ｅに形成された蛇行溝１４１Ａ〜１４１Ｅを流通するアノードガスが燃料電池装置５から漏れ出すことを防ぐガスシールとしても機能する。このようなガスケット６４a，６４bは、例えばイソブチレンゴムを用いて形成することができる。
【００３５】
複数の両面セパレータは、隣接する各両面セパレータ１Ｅ，１Ｄ，１Ｃ，１Ｂ，１Ａの間にそれぞれ１つの膜電極接合体６，６，…を挟んだ状態で、燃料電池装置５の一方の端部側から順に積層されている。そして、一方の端部側に配された両面セパレータ１Ｅには、膜電極接合体６を挟んで片面セパレータ３Ａが設けられ、他方の端部側に配された両面セパレータ１Ａには、膜電極接合体６を挟んで片面セパレータ２Ａが設けられている。
【００３６】
詳しくは後述するが、両面セパレータ１Ａは、図４に示すように、表面に４つの第一コネクタ（第一接続端子）１１３Ａ，１１３Ａ，…を備えるとともに、裏面に４つの第二コネクタ（第二接続端子）１５３Ａ，１５３Ａ，…を備えている。また、両面セパレータ１Ａは、これらの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第三コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…のそれぞれに対応する、４つの第三コネクタ（第三接続端子）１３９Ａ，１３９Ａ，…と４つの第四コネクタ（第四接続端子）１３０Ａ，１３０Ａ，…とを備えており、これらの第一〜第四コネクタは、燃料電池の積層方向に平行な直線に沿って互いに対応する位置に設けられていて、これらの互いに対応するコネクタ同士が、内部配線によって電気的に接続されている。
さらに、第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…は、何れも、各基板に備えられた複数の締結用穴を囲繞する最短の閉曲線内に形成されている。例えば、本第一の実施の形態においては、これらの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…は、それぞれに隣接する２つの締結用穴１１２Ａ，１１２Ａ、１５２Ａ，１５２Ａが配列される直線上に沿って設けられており、且つ、この直線と垂直な方向における第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…の幅は、各締結用穴１１２Ａ，１５２Ａの幅以下となるように形成されている（図３、図６参照）。
【００３７】
ここで、図３に示すように、それぞれ４つのコネクタにおいて、左下のコネクタの位置をＸ１、左上のコネクタの位置をＸ２、右上のコネクタの位置をＸ３、右下のコネクタの位置をＸ４とし、以下、これらの位置をＸ１〜Ｘ４を使用して説明するものとする。
さらに、図４に示すように、両面セパレータ１Ａは、その表裏面側に配置される膜電極接合体６のガス拡散層６２ａと当接するアノード側表面導電性膜（第一導電層）１２７Ａ及びガス拡散層６２ｂと当接するカソード側表面導電性膜（第二導電層）１４７Ａを備え、後述の微細孔部１２６Ａに形成されたビア配線によってアノード側表面導電性膜１２７Ａと接続された内部導電性膜（第三導電層）１３１Ａと、後述の微細孔部１４６Ａに形成されたビア配線によってカソード側表面導電性膜１４７Ａと接続された内部導電性膜（第四導電層）１３２Ａとを内部に備えており、内部導電性膜１３１Ａ，１３２Ａはそれぞれ、上述の位置Ｘ１〜Ｘ４の何れかにおいて、第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第四コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…の何れか少なくとも１つに接続されている。
【００３８】
本実施の形態の両面セパレータ１Ａは、内部導電性膜１３１Ａは、位置Ｘ２において第一コネクタ１１３Ａと接続され、内部導電性膜１３２Ａは、位置Ｘ２において第四コネクタ１５３Ａと接続されている。また、詳しくは後述するが、図２に示す他の両面セパレータ１Ｂ，１Ｃ，１Ｅも両面セパレータ１Ａと同様の構成を有するが、各内部導電性膜と第一又は第二コネクタとが接続される位置（Ｘ１〜Ｘ４）が上述の両面セパレータ１Ａとは異なっている。なお、図２に示す両面セパレータ１Ｄについては、各内部導電性膜と第一又は第二コネクタとが接続される位置が、図４に示す両面セパレータ１Ａと同じである。
【００３９】
ここで、以下において、位置Ｘｎ（ｎは自然数）の第一コネクタがアノード側表面導電性膜と電気的に接続され、位置Ｘｍ（ｍは自然数）の第二コネクタがカソード側表面導電性膜と電気的に接続された両面セパレータを指数ｎ，ｍを用いて、「ＸｎＸｍ両面セパレータ」と言う。特に、ｎ＝ｍのときを「同型のＸｎＸｍ両面セパレータ」と言い、ｎ≠ｍのときを「異型のＸｎＸｍ両面セパレータ」と言う。例えば、上述の両面セパレータ１Ａの場合は、同型のＸ２Ｘ２両面セパレータと言う。
【００４０】
一方、片面セパレータ２Ａは、図５に示すように、表面に複数の第一コネクタ（第一接続端子）２１３Ａ，２１３Ａ，…を備えるとともに、裏面に導電性膜（第二導電層）２３１Ａを備え、導電性膜２３１Ａにおける第一コネクタ２１３Ａ，２１３Ａ，…にそれぞれ対応する箇所が第二コネクタ２５３Ａ，２５３Ａ，…とされている。位置Ｘ１の第一コネクタ２１３Ａと第二コネクタ２５３Ａとが微細孔部２２９Ａに形成されたビア配線によって電気的に接続されるとともに、他の位置Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の第一コネクタ２１３Ａと第二コネクタ２５３Ａとは接続されない。また、片面セパレータ２Ａは、その表面側に配置される膜電極接合体６のガス拡散層６２ａと当接する表面導電性膜（第一導電層）２２７Ａを備え、後述の微細孔部２２６Ａに形成されたビア配線によって、上述の表面導電性膜２２７Ａと接続されている。
また、図示しないが、セルスタック７１における片面セパレータ２Ａが設けられた端部と反対側の端部に設けられた片面セパレータ３Ａも片面セパレータ２Ａと同様の構成を有している。片面セパレータ３Ａは、その表面側（図２における下面側）に配置される膜電極接合体６のガス拡散層６２ｂと当接する表面導電性膜（第一導電層）を備え、微細孔部に形成されたビア配線によって表面導電性膜と接続された裏面導電性膜（第二導電層）を備えており、裏面導電性膜は、位置Ｘ４に設けられた第二コネクタを介して、位置Ｘ４の第一コネクタに接続されている。尚、この接続構成は、位置Ｘ１及びＸ２を結ぶ直線に沿った断面図である図２には示されない。
【００４１】
ここで、以下において、位置Ｘｎ（ｎは自然数）の第一コネクタが裏面導電性膜と電気的に接続される片面セパレータを指数ｎを用いて、Ｘｎ片面セパレータと言う。例えば、上述の片面セパレータ２Ａの場合は、Ｘ１片面セパレータと言い、片面セパレータ３Ａの場合は、Ｘ４片面セパレータと言う。
上述のような両面セパレータ１Ａ〜１Ｅ、アノード側片面セパレータ２Ａ及びカソード側片面セパレータ３Ａのうち互いに隣接するもの同士は、具体的には以下のように電気的に接続されている。
図２に示すように、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａの第二コネクタ３５３Ａと、これと隣接するＸ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅの第一コネクタ１１３Ｅとが互いに当接し導通している。次いで、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅの第二コネクタ１５３Ｅと、これと隣接するＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄの第一コネクタ１１３Ｄとが互いに当接し導通している。次いで、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄの第二コネクタ１５３Ｄと、これと隣接するＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃの第一コネクタ１１３Ｃとが互いに当接し導通している。次いで、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃの第二コネクタ１５３Ｃと、これと隣接するＸ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂの第一コネクタ１１３Ｂとが互いに当接し導通している。次いで、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂの第二コネクタ１５３Ｂと、これと隣接するＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ａの第一コネクタ１１３Ａとが互いに当接し導通している。そして、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａの第二コネクタ１５３Ａと、これと隣接するアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａの第一コネクタ２１３Ａとが互いに当接し導通している。
【００４２】
カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａの導電性膜３３２Ａは、陽極側集電板７２と当接して固定されている。陽極側集電板７２には、図示しないアノードガス導入孔、アノードガス排出孔、カソードガス導入孔及びカソードガス排出孔が形成されている。また、陽極側集電板７２には、燃料電池装置５の陽極側の端子が設けられ、さらに、八つのボルト締結用穴（図示しない）が形成されている。
アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａの導電性膜２３１Ａは、陰極側集電板７３と当接して固定されている。また、陰極側集電板７３には、燃料電池装置５の陰極側の端子が設けられ、さらに、八つのボルト締結用穴（図示しない）が形成されている。
【００４３】
陽極側集電板７２の表面及び陰極側集電板７３の裏面には、それぞれエンドプレート７６，７７が配されている。陽極側集電板７２に固定されるエンドプレート７６には、中空のガス継手７８，７８，…が、それらの各中空と陽極側集電板７２に形成されたアノードガス導入穴、アノードガス排出穴、カソードガス導入穴及びカソードガス排出穴とがそれぞれ連通するように取り付けられている。
【００４４】
そして、陽極側集電板７２、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａ、膜電極接合体６、複数の両面セパレータ１Ａ〜１Ｅ、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａ、陰極側集電板７３が積層され、陽極側集電板７２の表面及び陰極側集電板７３の裏面を挟み込むようにエンドプレート７６，７７が陽極側集電板７２と陰極側集電板７３とにそれぞれ配されて、図示しないボルトにより締結され、これによって燃料電池装置５が構成されている。
なお、上記ボルトによる締結以外に、組み付け後にレーザー溶接やロウ付けなどによって、各セパレータ同士を接合することにより、接触抵抗の小さい構造としても良い。また、互いに隣接するセパレータ同士の接合面において、一方のセパレータの第一コネクタと他方のセパレータの第二コネクタとの表面に、それぞれ微細な突起を設けて弾力性を持たせた構造として、締め付け圧により高さ誤差の吸収機能を持たせた構造としても良い。
【００４５】
次に、燃料電池装置５による電力の生成について説明する。
ガス継手７８を通じて燃料電池装置５に供給されたアノードガスは、蛇行溝２２１Ａ，１２１Ａ〜１２１Ｅを流動してアノードガス排出孔２２３Ａを通り、ガス継手７８から排出される。アノードガスが蛇行溝２２１Ａ，１２１Ａ〜１２１Ｅを流動する際に、アノードガスがガス拡散層６２ａを拡散して触媒６３ａと接触すると、電気化学反応式（４）に示すように水素ガスが触媒６３aの作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４）
【００４６】
電子は、触媒６３ａ及びガス拡散層６２aを導電し、次いで、両面セパレータ１Ａ，１Ｂ，１Ｄ，１Ｅにおいては、それぞれアノード側表面導電性膜１２７Ａ，１２７Ｂ，１２７Ｄ，１２７Ｅ、アノード側内部導電性膜１３９Ａ，１３９Ｂ，１３９Ｄ，１３９Ｅ、カソード側内部導電性膜１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｄ，１３０Ｅ及びカソード側表面導電性膜１４７Ａ，１４７Ｂ，１４７Ｄ，１４７Ｅを導電して、隣接する膜電極接合体６，６，…のガス拡散層６２bに伝導する。
また、両面セパレータ１Ｃにおいては、アノード側表面導電性膜１２７Ｃ、アノード側内部導電性膜１３９Ｃ、カソード側内部導電性膜１３０Ｃ、Ｘ１の第二コネクタを介して陰極側の端子から外部回路を通って陽極側の端子から陽極側集電板７２に戻り、カソード側片面セパレータ３Ａを介して膜電極接合体６のガス拡散層６２bに伝導する。
さらに、膜電極接合体６のガス拡散層６２aにより取り出された電子は、アノード側片面セパレータ２Ａに形成されたアノード側表面導電性膜２２７Ａ、導電性膜２３１Ａ及び陰極側集電板７３を介して陰極側の端子から外部回路を通って陽極側の端子から陽極側集電板７２に戻り、カソード側片面セパレータ３Ａを介して膜電極接合体６のガス拡散層６２bに伝導する。
水素イオンは、固体高分子電解質膜６１を透過して、カソード側の触媒６３ｂに伝導する。
【００４７】
一方、ガス継手７８を通じて、酸素ガスを含むカソードガス（ここでは、空気）がカソードガス導入孔２２４Ａに供給され、膜電極接合体６，６，…のガス拡散層６２bにより蓋をされた蛇行溝１４１Ａ〜１４１Ｅ，３２１Ａを流動してカソードガス排出孔２２５Ａを通り、ガス継手７８から排出される。カソードガスが蛇行溝１４１Ａ〜１４１Ｅ，３２１Ａを流動する際に、カソードガスがガス拡散層６２ｂを拡散して触媒６３ｂと接触すると、電気化学反応式（５）に示すように触媒６３bの作用を受け、酸素と固体高分子電解質膜６１を透過した水素イオン及びガス拡散層６２bに伝導した電子とが反応し、水が生成される。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ …（５）
【００４８】
以上のようにして、それぞれの膜電極接合体６，６，…の両面において起電力が発生する。
このように、燃料電池装置５では、触媒６３ａ，６３ｂ及びガス拡散層６２a，６２bで電気化学反応（４）、（５）が起こり、またガス拡散層６２a，６２bに対応する固体高分子電解質膜６１の部分を水素イオンが透過することで、起電力を発生させる。
【００４９】
なお、上記ガス拡散層６２a，６２bは、電池の性質上不要であれば設ける必要はない。また、固体高分子電解質膜６１も、膜という形態に限らずスタック構成可能なプレート状のものとしても良い。更に、膜電極接合体６は、固体高分子電解質膜６１及びガス拡散層６２a，６２bのみを備える構成としてもよく、その場合には、触媒６３a，６３b及びガスケット６４a，６４bは、膜電極接合体６と別部材とするとよい。
【００５０】
次に、上述の両面セパレータ１Ａ〜１Ｅ、アノード側片面セパレータ２Ａ及びカソード側片面セパレータ３Ａの構成について、より詳細に説明する。
図６の(a)は、両面セパレータ１Ａを構成する第一の基板１１Ａを示し、図４の切断線a−aに沿って切断した際の平断面図、(b)及び(c)は、第二の基板１２Ａを示し、(b)は切断線b−b、(c)は切断線c−cに沿って切断した際の平断面図、(d)，(e)，(f)は、第三の基板１３Ａを示し、(d)は切断線d−d、(e)は切断線e−e、(f)は切断線f−fに沿って切断した際の平断面図、(g)及び(h)は、第四の基板１４Ａを示し、(g)は切断線g−g、(h)は切断線h−hに沿って切断した際の平断面図、(i)は第五の基板１５Ａを示し、切断線i−iに沿って切断した際の平断面図である。
両面セパレータ１Ａは、矩形板（又は正方形板）に形成した五枚の絶縁性基板１１Ａ〜１５Ａを積層してなるものである。絶縁性基板１１Ａ〜１５Ａとしては、例えば、セラミックス等が挙げられる。
両面セパレータ１Ａの表面（図４中上面）となる第一の基板１１Ａには、その中央部に両面を貫通する矩形状の開口部１１１Ａが形成されている。開口部１１１Ａは後述するアノード側表面導電性膜（第一導電層）１２７Ａを露出させ、この開口部１１１Ａの周囲には、所定間隔に八つのボルト締結用穴１１２Ａ，１１２Ａ，…が形成されている。また、ボルト締結用穴１１２Ａ，１１２Ａ，…の近傍に、開口部１１１Ａと連通しないように開口部１１１Ａから離間して、後述のアノード側内部導電性膜（第一導電層）１３１Ａを外部接続端子（図示しない）と導通させるための導電性薄膜からなる四つの第一コネクタ（第一接続端子）１１３Ａ，１１３Ａ，…が絶縁性基板１１Ａの表裏面を貫通して形成されている。
ここで、四つの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…は何れも、基板に備えられた複数の締結用穴を囲繞する最短の閉曲線内に形成されている。例えば、本第一の実施の形態においては、これらの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…は、それぞれに隣接する２つの締結用穴１１２Ａ，１１２Ａが配列される直線上に沿って設けられており、且つ、この直線と垂直な方向における該第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…の幅は各締結用穴１１２Ａ，１１２Ａ，…の幅以下となるように形成されている。後述する第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…、第三コネクタ１３９Ａ，１３９Ａ，…及び第四コネクタ１３０Ａ，１３０Ａ，…の幅も、上述の第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…と同様とされており、更に、後述する他の両面セパレータ１Ｂ，１Ｃ、アノード側片面セパレータ２Ａ及びカソード側片面セパレータ３Ａに設けられた各４つの第一〜第四コネクタも同様の構成とされる。
これによって、本実施形態のセパレータは、各基板におけるスタック方向に対して垂直な面内に四つの第一〜第四コネクタを備える構成としても、従来のセパレータの形状より大きくならないようにすることができる。
【００５１】
次に、第一の基板１１Ａの裏面（図４中下面）に当接して積層された第二の基板１２Ａは、第一の基板１１Ａと同形状をなし、その中央部に葛折り状の蛇行溝１２１Ａが形成されている。蛇行溝１２１Ａの一端部は、第二の基板１２Ａの表裏面を貫通するアノードガス導入孔１２２Ａに連通し、他端部は第二の基板１２Ａの表裏面を貫通するアノードガス排出孔１２３Ａに連通している。アノードガス導入孔１２２Ａとアノードガス排出孔１２３Ａとは、第二の基板１２の対角線上に位置している。また、アノードガス導入孔１２２Ａに、第二の基板１２Ａの短手方向中心線に対称となるようにカソードガス排出孔１２５Ａが形成され、カソードガス排出孔１２５Ａの対角線上にカソードガス導入孔１２４Ａが形成されている。これらカソードガス導入孔１２４Ａ及びカソードカス排出孔１２５Ａは、第二の基板１２Ａの表裏面を貫通している。
【００５２】
なお、アノードガスとは、燃料電池を発電するための燃料としての水素ガスを含むガスを意味し、具体的には後述の改質器４０４（図１参照）で生成された水素ガスやその他の副生成ガス（例えば、二酸化炭素ガス）等を含むガスを意味する。カソードガスとは、燃料電池を発電するための酸素ガスを含むガスを意味し、具体的には燃料電池から取り込まれる空気を意味する。アノードガスは、後述の一酸化炭素除去器４０５（図１参照）から供給され、カソードガスは後述の空気ポンプによって供給される。
【００５３】
また、蛇行溝１２１Ａの周囲を囲み、第一の基板１１Ａの開口部１１１Ａに対応する箇所に、第二の基板１２Ａの表裏面を貫通する多数の微細孔が形成されて微細孔部１２６Ａが構成されている。この微細孔部１２６Ａは、対応する開口部１１１Ａに対応する形状とされ、ここでは矩形状となっている。そして、この矩形状の微細孔部１２６Ａの表面を覆うようにアノード側表面導電性膜１２７Ａが形成されるとともに、微細孔部１２６Ａの内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。この導電材料は上述のアノード側表面導電性膜１２７Ａと同じ材料でもよく、低抵抗率の材料が望ましい。
さらに、第二の基板１２Ａには、第一の基板１１Ａのボルト締結用孔１１２Ａ，１１２Ａ，…に対応して八つのボルト締結用孔１２８Ａ，１２８Ａ，…が形成されている。また、第一の基板１１Ａに形成された四つの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…に対応して表裏面を貫通する多数の微細孔が形成されて微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…がそれぞれ構成されている。これらの微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…は、それぞれ対応する第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…に対応する形状とされ、ここでは円形状となっている。また、円形状の微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…の内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。
【００５４】
第二の基板１２Ａの裏面に当接して積層された第三の基板１３Ａは、第一及び第二の基板１１Ａ，１２Ａと同形状をなし、表面中央部には、第一の基板１１Ａの開口部１１１Ａと対応するように矩形状のアノード側内部導電性膜１３１Ａが形成されている。一方、裏面中央部にも、アノード側内部導電性膜１３１Ａと対応してカソード側内部導電性膜（第二導電層）１３２Ａが形成されている。
そして、これら両内部導電性膜１３１Ａ，１３２Ａの四隅には、アノードガス導入孔１３３Ａ、アノードガス排出孔１３４Ａ、カソードガス導入孔１３５Ａ及びカソードガス排出孔１３６Ａが第三の基板１３Ａの表裏面を貫通して形成されている。また、両内部導電性膜１３１Ａ，１３２Ａの周囲には、第一及び第二の基板１１Ａ，１２Ａのボルト締結用孔１１２Ａ，１１２Ａ，…、１２８Ａ，１２８Ａ，…に対応して八つのボルト締結用孔１３７Ａ，１３７Ａ，…が形成されている。
Ｘ１〜Ｘ４の位置には、それぞれ、第一の基板１１Ａの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…に対応して微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…が表裏面を貫通して形成されており、これら微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…の表面を覆うように導電性薄膜からなる四つの第三コネクタ（第一接続端子）１３９Ａ，１３９Ａ，…が形成されている。これらの微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…は、それぞれ対応する第三コネクタ１３９Ａ，１３９Ａ，…に対応する形状とされ、ここでは円形状となっている。また、円形状の微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…の内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。
【００５５】
Ｘ２の第三コネクタ１３９Ａは、第三の基板１３Ａの表面上において、アノード側内部導電性膜１３１Ａに電気的に接続するように連続して形成され、アノード側内部導電性膜１３１Ａと導通している。なお、その他のＸ１、Ｘ３、Ｘ４の三つの第三コネクタ１３９Ａ，１３９Ａ，…は、アノード側内部導電性膜１３１Ａと離間して形成されており、導通していない。
また、微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…の裏面を覆うように導電性薄膜からなる四つの第四コネクタ（第四接続端子）１３０Ａ，１３０Ａ，…がＸ１〜Ｘ４の位置にそれぞれ形成されている。Ｘ１の第四コネクタ１３０Ａ，１３０Ａ，…は、それぞれカソード側内部導電性膜１３２Ａに電気的に接続するように連続して形成され、カソード側内部導電性膜１３２Ａと導通している。なお、その他のＸ１、Ｘ３、Ｘ４の三つの第四コネクタ１３０Ａ，１３０Ａ，…は、カソード側内部導電性膜１３２Ａと離間して形成されており、導通していない。
【００５６】
第三の基板１３Ａの裏面に当接して積層された第四の基板１４Ａは、第一〜第三の基板１１Ａ〜１３Ａと同形状をなし、その中央部に葛折り状の蛇行溝１４１Ａが形成されている。蛇行溝１４１Ａの一端部は、第四の基板１４Ａを貫通するカソードガス導入孔１４４Ａに連通し、他端部は第四の基板１４Ａを貫通するカソードガス排出孔１４５Ａに連通している。また、上述したアノードガス導入孔１２２Ａ，１３３Ａ及びアノードガス排出孔１２３Ａ，１３４Ａに対応して、第四の基板１４Ａにもアノードガス導入孔１４２Ａ及びアノードガス排出孔１４３Ａが形成されている。
【００５７】
また、蛇行溝１４１Ａの周囲を囲み、第一の基板１１Ａの開口部１１１Ａに対応する箇所に、第四の基板１４Ａの表裏面を貫通する微細孔部１４６Ａが形成されている。そして、この微細孔部１４６Ａの表面を覆うようにカソード側表面導電性膜１４７Ａが矩形状に形成されている。この微細孔部１４６Ａは、対応する開口部１１１Ａに対応する形状とされ、ここでは矩形状となっている。また、矩形状の微細孔部１４６Ａの内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。
さらに、第四の基板１４Ａには、第一〜第三の基板１１Ａ〜１３Ａと同様に八つのボルト締結用孔１４８Ａ，１４８Ａ，…が形成され、第一〜第四コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…、１３９Ａ，１３９Ａ，…、１３０Ａ，１３０Ａ，…に対応する箇所に、表裏面を貫通する微細孔部１４９Ａ，１４９Ａ，…がそれぞれ形成されている。これらの微細孔部１４９Ａ，１４９Ａ，…は、それぞれ対応する第一〜第四コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…、１３９Ａ，１３９Ａ，…、１３０Ａ，１３０Ａ，…に対応する形状とされ、ここでは円形状となっている。また、円形状の微細孔部１４９Ａ，１４９Ａ，…の内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。
【００５８】
第四の基板１４Ａの裏面に積層された第五の基板１５Ａは、第一〜第四の基板１１Ａ〜１４Ａと同形状をなし、その中央部に両面を貫通する矩形状の開口部１５１Ａが形成されている。開口部１５１Ａは第四の基板１４Ａのカソード側表面導電性膜（第二導電層）１４７Ａを露出させ、この開口部１５１Ａの周囲には、第一〜第四の基板１１Ａ〜１４Ａと同様に八つのボルト締結用孔１５２Ａ，１５２Ａ，…が形成されている。また、Ｘ１〜Ｘ４の位置には、開口部１５１Ａと連通しないように開口部１５１Ａから離間して、第三の基板１３Ａのカソード側内部導電性膜１３２Ａを外部接続端子（図示しない）と導通させるための導電性薄膜からなる四つの第二コネクタ（第二接続端子）１５３Ａ，１５３Ａ，…が形成されている。
【００５９】
そして、上述したように、第二〜第四の基板１２Ａ〜１４Ａの円形状の微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…、１３８Ａ，１３８Ａ，…、１４９Ａ，１４９Ａ，…にはビア配線が形成されていて、これによって、第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…、第三コネクタ１３９Ａ，１３９Ａ，…、第四コネクタ１３０Ａ，１３０Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…がそれぞれ接続されている。また、第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…は外部接続端子（図示しない）に接続されている。さらに、Ｘ２の第三コネクタ１３９Ａがアノード側内部導電性膜１３１Ａに電気的に接続するように連続して形成されており、Ｘ２の第四コネクタ１３０Ａがカソード側内部導電性膜１３２Ａに電気的に接続するように連続しているとともに、Ｘ２の第三コネクタ１３９ＡとＸ２の第四コネクタ１３０ＡとがＸ２の微細孔部１３８Ａによって接続されることにより、互いに隣接するアノード側内部導電性膜１３１Ａとカソード側内部導電性膜１３２Ａとが導通する。
また、上述したように、第二及び第四の基板１２Ａ，１４Ａの矩形状の微細孔部１２６Ａ，１４６Ａにはビア配線が形成されていて、これによって、第二の基板１２Ａのアノード側表面導電性膜１２７Ａと第三の基板１３Ａのアノード側内部導電性膜１３１Ａ、及び、カソード側内部導電性膜１３２Ａと第四の基板１４Ａのカソード側表面導電性膜１４７Ａとが導通されている。
このようにして、アノード側内部導電性膜１３１Ａと接続されたＸ２の第三コネクタ１３９Ａと、カソード側内部導電性膜１３２Ａと接続されたＸ２の第四コネクタ１３０Ａとを備えたＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ａは、第二の基板１２Ａのアノード側表面導電性膜１２７Ａと第四の基板１４Ａのカソード側表面導電性膜１４７ＡとがＸ２の第三コネクタ１３９Ａ及びＸ２の第四コネクタ１３０Ａを介して導通している。従って、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａを挟んで配置される膜電極接合体同士は互いに電気的に直列に接続されている。
また、本実施形態のセパレータは、第二の基板１２Ａのアノード側表面導電性膜１２７Ａ及び第四の基板１４Ａのカソード側表面導電性膜１４７Ａが、何れもＸ２の第一コネクタ１１３Ａ及びＸ２の第二コネクタ１５３Ａと導通しているとともに、Ｘ２の第一コネクタ１１３Ａを介して、隣接する両面又は片面セパレータの対応する位置に設けられたコネクタと電気的に接続されている。
【００６０】
同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（例えば、上述のＸ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅ）は、何れも上述のＸ２Ｘ２両面セパレータの構成と同様の構成であるから、第二の基板のアノード側表面導電性膜と第四の基板のカソード側表面導電性膜とが導通しているので、互いに隣接した膜電極接合体同士が電気的に直列に接続される。また、第二の基板のアノード側表面導電性膜はＸｎの第一コネクタと導通し、第四の基板のカソード側表面導電性膜はＸｍ（ｎ＝ｍ）の第二コネクタと導通しているとともに、これら第二の基板のアノード側表面導電性膜及び第四の基板のカソード側表面導電性膜は、Ｘｎ（Ｘｍと表記してもよい）の第一コネクタ又は第二コネクタを介して、隣接するセパレータの表裏面何れかにおける対応する位置に設けられたコネクタと電気的に接続されている。
以上のような同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ＝ｍ）の等価回路は、一般的に、図９（ｂ）に記載する電気回路図のうち、両面セパレータ１Ａ，１Ｂ，１Ｄ，１Ｅを点線で囲んだ箇所のように表される。尚、図９については追って詳細に説明する。
【００６１】
図７(a)は、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃを構成する第一の基板１１Ｃ、(b)及び(c)は第二の基板１２Ｃ、(d)，(e)，(f)は第三の基板１３Ｃ、(g)及び(h)は第四の基板１４Ｃ、(i)は第五の基板１５Ｃを示し、(a)〜(i)は、それぞれ図２と同様の図１における切断線a−a〜i−iに沿って切断した際の平断面図である。
Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃは、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａと同様に第一〜第五の基板１１Ｃ〜１５Ｃが積層されてなり、第三の基板１３Ｃに形成された四つの第三コネクタ１３９Ｃ，１３９Ｃ，…のうち、Ｘ１の第三コネクタ１３９Ｃがアノード側内部導電性膜１３１Ｃに連続して形成され、四つの第四コネクタ１３０Ｃ，１３０Ｃ，…のうち、Ｘ４の第四コネクタ１３０Ｃがカソード側内部導電性膜１３２Ｃに連続して形成されている。なお、その他の構成は、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａと同様のため、同様の数字を付したものに英字のみをＣに変更してその説明を省略する。
このように構成されたＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃは、第一コネクタ１１３Ｃ〜第四コネクタ１５３Ｃが導電配線されているが、Ｘ１の第三コネクタ１３９Ｃがアノード側内部導電性膜１３１Ｃに連続して形成され、Ｘ４の第四コネクタ１３０Ｃがカソード側内部導電性膜１３２Ｃに連続して形成されているので、隣接するアノード側内部導電性膜１３１Ｃとカソード側内部導電性膜１３２Ｃとが導通されずに、絶縁される。その結果、異型のＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃは並列に接続されている。
このように構成されたＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃは、第一コネクタ１１３Ｃ，１１３Ｃ，…と第三コネクタ１３９Ｃ，１３９Ｃ，…とが、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａと同様に円形状の微細孔部１２９Ｃ，１２９Ｃ，…に形成されたビア配線によって互いに接続され、同様に、第三コネクタ１３９Ｃ，１３９Ｃ，…と第四コネクタ１３０Ｃ，１３０Ｃ，…とが、円形状の微細孔部１３８Ｃ，１３８Ｃ，…に形成されたビア配線によって互いに接続され、第四コネクタ１３０Ｃ，１３０Ｃ，…と第二コネクタ１５３Ｃ，１５３Ｃ，…とが、円形状の微細孔部１４９Ｃ，１４９Ｃ，…に形成されたビア配線によって互いに接続されている。また、Ｘ１の第三コネクタ１３９Ｃがアノード側内部導電性膜１３１Ｃに電気的に接続するように連続して形成され、Ｘ４の第四コネクタ１３０Ｃがカソード側内部導電性膜１３２Ｃに電気的に接続するように連続して形成されているが、Ｘ１の第三コネクタ１３９ＣとＸ４の第四コネクタ１３０Ｃとは絶縁されているので、隣接するアノード側内部導電性膜１３１Ｃとカソード側内部導電性膜１３２Ｃとが導通されずに、ひいては第二の基板１２Ｃのアノード側表面導電性膜１２７Ｃと第四の基板１４Ｃのカソード側表面導電性膜１４７Ｃとが絶縁される。その結果、詳しくは後述するが、異型のＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃを挟んで配置される膜電極接合体同士は互いに電気的に並列に接続されている。また、第二の基板１２Ｃのアノード側表面導電性膜１２７ＣはＸ１の第一コネクタ１１３Ｃと導通し、第四の基板１４Ｃのカソード側表面導電性膜１４７ＣはＸ４の第二コネクタ１５３Ｃと導通している。
【００６２】
異型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ≠ｍ）は、何れも上述のＸ１Ｘ４両面セパレータの構成と同様の構成であるから、第二の基板のアノード側表面導電性膜と第四の基板のカソード側表面導電性膜とが導通していないので、互いに隣接した膜電極接合体同士が電気的に絶縁されている。また、第二の基板のアノード側表面導電性膜はＸｎの第一コネクタと導通し、第四の基板のカソード側表面導電性膜はＸｍ（ｎ≠ｍ）の第二コネクタと導通しているとともに、第二の基板のアノード側表面導電性膜はＸｎの第一コネクタを介して、又、第四の基板のカソード側表面導電性膜はＸｍの第二コネクタを介して、隣接するセパレータの表裏面何れかにおける対応する位置に設けられたコネクタと電気的に接続されている。
以上のような異型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ≠ｍ）の等価回路は、一般的に、図９（ｂ）に記載する電気回路図のうち、両面セパレータ１Ｃを点線で囲んだ箇所のように表される。
【００６３】
図８の(a)は、片面セパレータ２Ａを構成する第一の基板２１Ａを示し、図５の切断線a−aに沿って切断した際の平断面図、(b)及び(c)は、第二の基板２２Ａを示し、(b)は切断線b−b、(c)は切断線c−cに沿って切断した際の平断面図、(d)は、第三の基板２３Ａを示し、切断線d−dに沿って切断した際の平断面図である。
片面セパレータ２Ａは、矩形状に形成した三枚の絶縁性基板（第一〜第三の基板２１Ａ〜２３Ａ）を積層してなるものであり、第一の基板２Ａは、第一の実施の形態のＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ａを構成する第一の基板１１Ａと同様のもので、開口部２１１Ａ、四つの第一コネクタ（第三接続端子）２１３Ａ，２１３Ａ，…、八つのボルト締結用孔２１２Ａ，２１２Ａ，…が所定箇所に形成されている。
第二の基板２２Ａは、第一の実施の形態の第二の基板１２ＡにおいてＸ２〜Ｘ４に形成された円形状の微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…が設けられておらず、Ｘ１のみ円形状の微細孔部２２９Ａが形成されているものである。この第二の基板２２Ａには、その他、葛折り状の蛇行溝２２１Ａ、矩形状の微細孔部２２６Ａ、アノード側（又はカソード側）表面導電性膜（第三導電層）２２７Ａ、アノード側導入孔２２２Ａ、アノード側排出孔２２３Ａ、カソード側導入孔２２４Ａ、カソード側排出孔２２５Ａ、八つのボルト締結用孔２２８Ａ，２２８Ａ，…が、第一の実施の形態と同様の所定箇所に形成されている。
第三の基板２３Ａは、第一及び第二の基板２１Ａ，２２Ａと同形状をなし、第二コネクタ２５３Ａ，２５３Ａ，…と、第二コネクタ２５３Ａ，２５３Ａ，…に対応する箇所を除く全面を構成する導電性膜（第四導電層）２３１Ａとからなるもので、アノードガス導入孔２３３Ａ、アノードガス排出孔２３４Ａ、カソードガス導入孔２３５Ａ及びカソードガス排出孔２３６Ａ及び八つのボルト締結用孔２３７Ａ，２３７Ａ，…が、第一の実施の形態と同様の所定箇所に形成されている。第二コネクタ２５３Ａ，２５３Ａ，…は、上述の導電性膜２３１Ａと同一の部材によって構成されるとともにこの導電性膜２３１Ａと電気的に接続され、且つ、上述の第一の基板に設けられた第一コネクタ２１３Ａ，２１３Ａ，…のそれぞれに対応する位置に設けられている。
そして、第二の基板２２ＡのＸ１に形成された円形状の微細孔部２２９Ａにはビア配線が形成され、これによってＸ１における第一コネクタ２１３Ａと導電性膜２３１Ａを含む第三の基板２３Ａとが第二コネクタ２５３Ａを介して接続されることにより、これらの各構成が互いに導通している。
また、第二の基板２２Ａの矩形状の微細孔部２２６Ａにはビア配線が形成され、これによって、第二の基板２２Ａのアノード側（又はカソード側）表面導電性膜２２７Ａと導電性膜２３１Ａを含む第三の基板２３Ａとが導通されている。
なお、この片面セパレータ２Ａは、Ｘ１〜Ｘ４のうち少なくとも一箇所（上述のＸ１片面セパレータ２Ａにおいては、位置Ｘ１）における第一の基板２１Ａの第一コネクタ２１３Ａ及び第二の基板２２Ａの微細孔部２２９Ａを有する構成とすれば良い。この場合、片面セパレータ２Ａの表面に当接して配置される別の両面又は片面セパレータと第三の基板２３Ａとが当該位置（Ｘ１）においてのみ導通される。その一方で、別の両面又は片面セパレータと第三の基板２３Ａとを絶縁したい場合は、第一の基板２１Ａの第一コネクタ２１３Ａ又は第二の基板２２Ａの微細孔部２２９Ａのうち何れか一方を備えない構成とする。また、他の位置（Ｘ２〜Ｘ４）においても、後述の燃料電池装置５に適用した場合に、上記の別の両面又は片面セパレータと第三の基板２３Ａとを導通させる必要があれば、各位置における第一の基板２１Ａの第一コネクタ２１３Ａ及び第二の基板２２Ａの微細孔部２２９Ａを設けるようにしても良い。
【００６４】
また、上述のような片面セパレータにおいて、Ｘ１〜Ｘ４のうち複数箇所において、別の両面又は片面セパレータと第三の基板２３Ａとが導通するものをＸｎ，ｍ片面セパレータと言う。例えば、位置Ｘ１とＸ２とにおいて第三の基板２３Ａとが導通するものをＸ１，２片面セパレータと言う。
一般的に、Ｘｎ片面セパレータは、何れも上述のＸ１片面セパレータの構成と同様の構成であるから、第一の基板におけるＸｋ（ｋは自然数）の第一コネクタは、第三の基板の導電性膜と電気的に接続されているとともに、第一の基板におけるＸｌ（ｌは自然数。ただしｌ≠ｋ）の第三の基板の導電性膜とは電気的に絶縁されている。また、第二の基板のアノード側又はカソード側表面導電性膜は、第三の基板の導電性膜とは電気的に絶縁されている。
以上のような同型のＸｎ片面セパレータ（ｎは自然数）の等価回路は、一般的に、図９（ｂ）に記載する電気回路図のうち、片面セパレータ２Ａ又は片面セパレータ３Ａを点線で囲んだ箇所のように表される。
【００６５】
次に、以上の構成を有するセパレータ及び燃料電池装置の作用を説明する。
図９(a)は、本実施の形態の燃料電池装置５のセパレータの配列を示した模式図であり、図中のＸｎＸｍ又はＸｎ（ｎ、ｍは１乃至４の自然数）は、上述のセパレータの構成を表す指数である。図９(b)は、本実施の形態の燃料電池装置５の積層方向の電気的接続を表す電気回路図、図９(c)は、本実施の形態の燃料電池装置５の等価回路図である。
図９(b)のうち直線は配線等の電気的接続を示し、直線同士の交差位置における●は、これらの配線等同士が電気的に接続されていることを示す。また、図における左右方向に延びる４本の直線は、上から電位が高い順に配列して記載している。また、これらの直線の左右端部における●は、外部回路に接続される端子を示すとともに、○は、外部回路に接続されない端子を示している。また、点線で囲繞された部分がそれぞれ両面セパレータ又は片面セパレータに対応しており、これらの囲繞された部分同士の間がそれぞれ膜電極接合体に対応していて、各膜電極接合体の部分に記載された電池の回路記号は、これらの各部分において起電力が発生することを表している。
なお、図中セル６とは、カソード側片面セパレータ３ＡとＸ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅと、これらの間に挟まれる膜電極接合体６からなる燃料電池セル（セル構造）のことを言う。同様にして、セル５は、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄ、膜電極接合体６からなる燃料電池セル、セル４は、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄ、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃ、膜電極接合体６からなる燃料電池セル、セル３は、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂ、膜電極接合体６からなる燃料電池セル、セル２は、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａ、膜電極接合体６からなる燃料電池セル、セル１は、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａ、アノード側片面セパレータ２Ａ、膜電極接合体６からなる燃料電池セルとする。
図９(c)に示すように、上述のように組み合わせてなるスタック構造では、セル６とセル３、セル５とセル２、セル４とセル１とがそれぞれ並列接続され、これら三つの並列接続が互いに直列接続となっている。
したがって、並列接続された二つのセル電流値の合計はそれぞれ同じ値となる（Ｉ＝Ｉ６＋Ｉ３＋Ｉ５＋Ｉ２＋Ｉ４＋Ｉ１）。また、並列接続された二つのセル電圧は同じ値となる（Ｖ６＝Ｖ３、Ｖ５＝Ｖ２、Ｖ４＝Ｖ１）。
【００６６】
また、以上のようにして複数の燃料電池セルが積層されてなる燃料電池装置５は、積層前に個々の燃料電池セルが互いに同じ出力性能である場合でも、これらの燃料電池セルを積層し、燃料電池装置５として稼働する状態においては、その設計や運転方法などにより各燃料電池セルによって出力性能がばらつく傾向がある。また、そのばらつきは、燃料電池の積層方向における各燃料電池セルのスタック位置に依存する場合が多い。このように、上記燃料電池装置５において出力性能がばらつく例を図１０(a)，(b)に示した。尚、この場合、出力性能は、同じ電流を流したときの電圧とする。
図１０(a)，(b)はそれぞれ、縦軸方向が各燃料電池セルの積層方向を表し、横軸方向において右側の方が出力性能が大きいことを表す。また、図中▲は、縦軸方向の左側に示した各セル１〜６の出力性能を表している。具体的には、図１０(a)は、セルスタック７１の両端側のセルから中央側のセルへと徐々に性能が上がる例であり、図１０(b)は、セルスタック７１の中央側のセルから両端側のセルへと徐々に性能が上がる例である。
ここで、上述した本実施の形態の燃料電池装置５は、図１０における右側への引出線によって関連づけられた各２つのセルがそれぞれ並列とされている。具体的には、セル６とセル３、セル５とセル２、セル４とセル１がそれぞれ並列とされている。このような接続構成を図１０(a)や(b)のような出力性能を有するセル１〜６に適用することにより、出力性能の高いセルと出力性能の低いセルとが互いに組み合わされることになる。この場合、図２７に示したように、低い性能のセルに対して高い性能のセルが負荷を補うようになり、発電限界に達するセルの発生を防ぐと同時に全体の出力低下を最小限にとどめることができるようになっている。
【００６７】
以上のように、本発明の実施の形態の燃料装置５によれば、カソード側Ｘ３片面セパレータ３Ａ、膜電極接合体６、複数の両面セパレータ１Ａ〜１Ｅ、アノード側片面セパレータ２Ａを適宜組み合わせて積層し、アノードガス及びカソードガスを流入することにより、膜電極接合体６を二つ並列接続し、並列接続した膜電極接合体６のグループを三つ直列接続するので、上述のセル構造同士を外部配線を設けることなく、直列又は並列、又はその両方を含む接続とすることができる。更に、各基板に設けられる複数のコネクタは何れも、基板に備えられた複数の締結用穴を囲繞する最短の閉曲線内に形成されているので、従来のセパレータの形状を大きくすることなく、これらのコネクタを備える構成とすることができる。
また、セル構造同士を並列接続することにより、スタックの積層位置において性能差の傾向が発生している場合でも、その性能差を補う作用により、高出力で安定した燃料電池装置５とすることができる。さらに、このような燃料電池装置５は、セル構造同士を直列又は並列接続する場合に、外部配線を設ける必要がないので、組立工程が少ないセパレータ及び燃料電池装置を提供することができる。
【００６８】
上述したように、同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ＝ｍ）の等価回路は図９（ｂ）の１Ａ、１Ｂ、１Ｄ、１Ｅ、異型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ≠ｍ）の等価回路は図９（ｂ）の１Ｃ、Ｘｎ片面セパレータの等価回路は２Ａ、３Ａのようになる。この図から、上述したような燃料電池装置５において、内部における膜電極接合体同士の電気的接続を一般的に構成するためには、以下の条件を満たすように構成するとよいことがわかる。
第一に、一の膜電極接合体と他の膜電極接合体とが直列に接続される場合は、一の膜電極接合体のうち他の電極と当接するセパレータをＸｉＸｍ両面セパレータ又はＸｉ片面セパレータとするとともに、他の膜電極接合体のうち一の電極と当接するセパレータをＸｎＸｉ両面セパレータ又はＸｉ片面セパレータとする（以下、第一の条件と言う。）。
第二に、一の膜電極接合体と他の膜電極接合体とが並列に接続される場合は、一の膜電極接合体の一の電極と当接するセパレータをＸｎＸｉ両面セパレータ又はＸｉ片面セパレータとするとともに、他の膜電極接合体の一の電極と当接するセパレータをＸｍＸｉ両面セパレータ又はＸｉ片面セパレータとし、且つ、一の膜電極接合体の他の電極と当接するセパレータをＸｊＸｍ両面セパレータ又はＸｊ片面セパレータとするとともに、他の膜電極接合体の他の電極と当接するセパレータをＸｊＸｎ両面セパレータ又はＸｊ片面セパレータとする（以下、第二の条件と言う。）。
【００６９】
ここで、上述したものとは異なる出力性能のばらつきを示す他の燃料電池装置について、セパレータのスタック順序と種類を変更して構成する例を説明する。
［変形例１−１］
以下に具体例として、図１１を参照して説明する。
この燃料電池装置は、第一の実施の形態と同様、６個のセルを積層したものであり、運転時に図１１(a)のような出力性能を呈するものであるとする。この場合、上述したように、出力性能の大きいセルと出力性能の小さいセルとを並列に接続するとよい。その場合の等価回路を図１１(b)に示す。尚、以下では、セパレータの構成を理解しやすくするために図１１(b)の等価回路図に対応する電気的接続の模式図である図１１(c)を参照して説明する。図１１(d)は、燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
図１１に示すように、燃料電池装置５Ａは、その一方の端部側から順にカソード側Ｘ１片面セパレータ３０１、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０１Ｅ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０１Ｄ、Ｘ４Ｘ３両面セパレータ１０１Ｃ、Ｘ４Ｘ２両面セパレータ１０１Ｂ、Ｘ３Ｘ１両面セパレータ１０１Ａ、アノード側Ｘ２片面セパレータ２０１が、各セパレータ間に膜電極接合体６０１，６０１，…を挟んだ状態で積層されている。
【００７０】
図中、セル６とはカソード側Ｘ１片面セパレータ３０１とＸ２Ｘ２両面セパレータ１０１Ｅと、これらの間に挟まれる膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル（セル構造）のことを言う。同様にして、セル５は、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０１Ｅ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０１Ｄ、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル、セル４は、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０１Ｄ、Ｘ４Ｘ３両面セパレータ１０１Ｃ、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル、セル３は、Ｘ４Ｘ３両面セパレータ１０１Ｃ、Ｘ４Ｘ２両面セパレータ１０１Ｂ、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル、セル２は、Ｘ４Ｘ２両面セパレータ１０１Ｂ、Ｘ３Ｘ１両面セパレータ１０１Ａ、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル、セル１は、Ｘ３Ｘ１両面セパレータ１０１Ａ、アノード側Ｘ２片面セパレータ２０１、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セルとする。
ここで、上述の両面又は片面セパレータ構成とする手順を以下に記載する。
まず、任意の一のセル、例えばセル６に着目し、セル６のアノード電極と当接する片面セパレータをＸｉ片面セパレータ３０１及びＸｊＸ両面セパレータとする。ここで、ｉ，ｊ，ｋ，ｌは何れも、互いに異なる１乃至４の自然数であり、添字のないＸはコネクタ位置が現時点で不定であることを表す。
図１１(b)より、セル６は、セル５及びセル２と直列接続されているから、これらのセルに当接する各セパレータに対して上述の第一の条件を適用すると、膜電極接合体６０１のアノード電極と当接する両面セパレータ１０１ＥをＸＸｊ両面セパレータとし、膜電極接合体６０１のアノード電極と当接する両面セパレータ１０１ＢをＸＸｊとすることができる。更に、セル６は、セル１と並列接続されているから、セル１に当接する各セパレータに対して上述の第二の条件を適用すると、膜電極接合体６０１のアノード電極と当接する両面セパレータ１０１ＡをＸＸｉ両面セパレータとし、膜電極接合体６０１のカソード電極と当接する片面セパレータ２０１をＸｊ片面セパレータとすることができる。
ここで、簡単のために、セパレータのコネクタ位置を表す指数を抽出した配列を用いて、以下に説明する。この場合、上述の条件を配列で表すと式(1)のように決まる。上述の条件によりコネクタ位置が決定できない場合は「−」で表記している。
（ｉ，ｊ，ｊ，−，−，−，−，−，−，−，ｉ，ｊ） … (1)
次に、セル５に着目すると、セル５はセル４及びセル３と直列接続されるとともに、セル２と並列接続されるので、同様の手順により配列は式(2)のように決まる。
（ｉ，ｊ，ｊ，ｋ，ｋ，−，−，−，ｊ，ｋ，ｉ，ｊ） … (2)
更に、セル４に着目すると、セル４はセル３と並列接続されるので、同様の手順により配列は式(3)のように決まる。
（ｉ，ｊ，ｊ，ｋ，ｋ，ｌ，ｋ，ｌ，ｊ，ｋ，ｉ，ｊ） … (3)
最後に、ｉ，ｊ，ｋ，ｌを何れも、互いに異なる１乃至４の自然数となるように任意に割り当てることにより、図１１(d)に示した燃料電池装置の等価回路図１１(b)を、例えば式(4)のように構成することができる。ただし、ｉ，ｊ，ｋ，ｌに１乃至４の自然数を割り当てる組み合わせは、順列的に適宜変更してもよい。
（１，２，２，３，３，４，３，４，２，３，１，２） … (4)
尚、本変形例の燃料電池装置は、上述のように各セパレータを組み合わせて接続することにより、並列接続された三組が直列に接続されるので、並列接続された一組から得られる電圧の約３倍の電圧が得られる。
また、上述の第一及び第二の条件を満たすように構成された燃料電池装置は、２つの回路構成を直列接続する場合には少なくとも２つのコネクタが必要となることから、ｎ個の回路構成を直列に接続する場合、少なくともｎ＋１個のコネクタが必要となることがわかる。従って、本変形例の場合には三組のみ直列に接続することからｎ＋１＝４個のコネクタ（Ｘ１〜Ｘ４）があれば足りることがわかる。
【００７１】
上記変形例１−１と同様に、図１２(a)〜１５(a)のような出力性能を呈する他の変形例である燃料電池装置においては、図１２(b)〜１５(b)にそれぞれ示す通りの等価回路を構成すればよく、更に、図１２(c)〜１５(c)にそれぞれ示す通りのセパレータ構成とすればよいことがわかる。
具体的には、図１２に示す燃料電池装置は、その一方の端部側から順に、冷却層、カソード側Ｘ１片面セパレータ３０２、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０２Ｌ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０２Ｋ、Ｘ７Ｘ１両面セパレータ１０２Ｊ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０２Ｉ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０２Ｈ、Ｘ７片面セパレータ１０２Ｇ、冷却層、Ｘ４片面セパレータ１０２Ｆ、Ｘ５Ｘ５両面セパレータ１０２Ｅ、Ｘ６Ｘ６両面セパレータ１０２Ｄ、Ｘ７Ｘ４両面セパレータ１０２Ｃ、Ｘ５Ｘ５両面セパレータ１０２Ｂ、Ｘ６Ｘ６両面セパレータ１０２Ａ、アノード側Ｘ７片面セパレータ２０２、冷却層が、各セパレータ間に膜電極接合体６０２，６０２，…を挟んだ状態で積層されている。このように組み合わされてなるスタック構造では、セル１２（セル構造）とセル９、セル１１とセル８、セル１０とセル７、セル６とセル３、セル５とセル２、セル４とセル１とがそれぞれ並列接続され、これら六つの並列接続が互いに直列接続となっている。
【００７２】
図１３に示す燃料電池装置は、その一方の端部側から順に、冷却層、カソード側Ｘ１片面セパレータ３０３、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０３Ｌ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０３Ｋ、Ｘ４Ｘ４両面セパレータ１０３Ｊ、Ｘ５Ｘ５両面セパレータ１０３Ｉ、Ｘ６Ｘ６両面セパレータ１０３Ｈ、Ｘ７片面セパレータ１０３Ｇ、冷却層、Ｘ４片面セパレータ１０３Ｆ、Ｘ５Ｘ５両面セパレータ１０３Ｅ、Ｘ６Ｘ６両面セパレータ１０３Ｄ、Ｘ７Ｘ１両面セパレータ１０３Ｃ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０３Ｂ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０３Ａ、アノード側Ｘ４片面セパレータ２０３、冷却層が、各セパレータ間に膜電極接合体６０３，６０３，…を挟んだ状態で積層されている。このように組み合わされてなるスタック構造では、セル９（セル構造）とセル６、セル８とセル５、セル７とセル４、セル１２とセル３、セル１１とセル２、セル１０とセル１とがそれぞれ並列接続され、これら六つの並列接続が互いに直列接続となっている。
【００７３】
図１４に示す燃料電池装置は、その一方の端部側から順に、カソード側Ｘ１片面セパレータ３０４、Ｘ２Ｘ１両面セパレータ１０４Ｅ、Ｘ２Ｘ１両面セパレータ１０４Ｄ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０４Ｃ、Ｘ３Ｘ２両面セパレータ１０４Ｂ、Ｘ３Ｘ２両面セパレータ１０４Ａ、アノード側Ｘ３片面セパレータ２０４が、各セパレータ間に膜電極接合体６０４，６０４，…を挟んだ状態で積層されている。このように組み合わされてなるスタック構造では、セル４（セル構造）とセル５とセル６、セル１とセル２とセル３がそれぞれ並列接続され、これら二つの並列接続が互いに直列接続となっている。
【００７４】
図１５に示す燃料電池装置は、表面から順に、カソード側Ｘ１片面セパレータ３０５、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０５Ｃ、Ｘ３Ｘ２両面セパレータ１０５Ｂ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０５Ａ、アノード側Ｘ４片面セパレータ２０４が、各セパレータ間に膜電極接合体６０５，６０５，…を挟んだ状態で積層されている。このように組み合わされてなるスタック構造では、セル２（セル構造）とセル３が並列接続され、この並列接続と、セル１と、セル４とが互いに直列接続となっている。
【００７５】
［変形例１−２］
図１６は、四枚の絶縁性基板１１Ｆ，１２Ｆ、１６Ｆ、１５Ｆを積層してなるＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ｆを図３のIVb−IVb切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
この変形例の両面セパレータ１Ｆは、上述した五枚の絶縁性基板１１Ａ〜１５ＡからなるＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ａにおける内部導電性膜１３１Ａと同様の内部導電性膜１３１Ｆを一層のみ備えており、両面セパレータ１Ａにおける内部導電性膜１３２Ａと同様の内部導電性膜は設けられていない。本変形例１−２の両面セパレータ１Ｆは、上述した第一の実施の形態の両面セパレータ１Ａと対比した場合、両面セパレータ１Ａの第三の基板１３Ａと第四の基板１４Ａとを一枚の絶縁性基板１６Ｆとするとともに、両面セパレータ１Ａの内部導電性膜１３１Ａ，１３２Ａのうち一方と当該内部導電性膜と同一面上に形成された第三コネクタ１３９Ａ又は第四コネクタ１３０Ａの何れか一方が省略されているものである。なお、図１６中、絶縁性基板１１Ｆ，１２Ｆ，１５Ｆにおいては、両面セパレータ１Ａと同様の構成部分については同一の数字を用いるとともに末尾に英字Ｆを付している。この場合、Ｘ２の第一コネクタ１１３Ｆ及びＸ２の第三コネクタ１３９Ｆと、アノード側表面導電性膜１２７Ｆ及びカソード側表面導電性膜１４７Ｆとが、内部導電性膜１３１Ｆとビア配線とを介して互いに電気的に接続されている。
この変形例においては、第一コネクタ１１３Ｆと内部導電性膜１３１Ｆとが接続される位置Ｘｎと、第二コネクタ１３９Ｆと内部導電性膜１３１Ｆとが接続される位置Ｘｍとが、構造上必ず同じ位置となるので、本変形例の両面セパレータ１Ｆは、同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ただし、ｎ，ｍはｎ＝ｍである１乃至４の自然数）となる。
【００７６】
［変形例１−３］
図１７は、三枚の絶縁性基板１１Ｇ，１７Ｇ，１５Ｇを積層してなるＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ｇを図３のIVb−IVb切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
この変形例のＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ｇは、内部導電性膜を備えない構成とした変形例である。本変形例１−３の両面セパレータ１Ｇは、上述した第一の実施の形態のの両面セパレータ１Ａと対比した場合、両面セパレータ１Ａの第二の基板１２Ａ、第三の基板１３Ａ及び第四の基板１４Ａが、一枚の絶縁性基板１７Ｇとするとともに、両面セパレータ１Ａの内部導電層１３１Ａ，１３２Ａ、第三コネクタ１３９Ａ及び第四コネクタ１３０Ａが何れも省略されているものである。なお、図１７中、絶縁性基板１１Ｇ，１５Ｇにおいては、両面セパレータ１Ａと同様の構成部分については同一の数字を用いるとともに末尾に英字Ｇを付している。
詳細には、絶縁性基板１７Ｇの表面上において、表面導電性膜１２７ＧがＸ２の第一コネクタ１１３Ｇと対向する位置まで延在して形成されてこの対向位置における表面導電性膜１２７Ｇが第三コネクタ１３９Ｇとされ、これらのＸ２の第一コネクタ１１３ＧとＸ２の第三コネクタ１３９Ｇとが当接することによって、表面導電性膜１２７ＧとＸ２の第一コネクタ１１３Ｇとが電気的に接続されている。
同様に、絶縁性基板１７Ｇの裏面上において、表面導電性膜１４７ＧがＸ２の第二コネクタ１５３Ｇと対向する位置まで延在して形成されてこの対向位置における表面導電性膜１４７Ｇが第四コネクタ１３０Ｇとされ、これらのＸ２の第二コネクタ１５３ＧとＸ２の第四コネクタ１３０Ｇとが当接することによって、表面導電性膜１４７ＧとＸ２の第二コネクタ１５３Ｇとが電気的に接続されている。
上述の構成により、Ｘ２の第一コネクタ１１３Ｇ及びＸ２の第二コネクタ１５３Ｇと、表面導電性膜１２７Ｇ，１４７Ｇとが、ビア配線を介して互いに電気的に接続されている。
また、この変形例において、第一コネクタ１１３Ｇと表面導電性膜１２７Ｇとが接続される位置Ｘｎと、第二コネクタ１５３Ｇと表面導電性膜１４７Ｇとが接続される位置Ｘｍとにおいて、ｎ＝ｍとなるようにこの両面セパレータを構成した場合には同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ＝ｍ）に対応するものとなり、ｎ≠ｍとなるようにこの両面セパレータを構成した場合には異型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ≠ｍ）に対応するものとなる。
【００７７】
［変形例１−４］
図１８(a)は、五枚の絶縁性基板１１Ｈ〜１５Ｈを積層してなるＸ２，４Ｘ２，４両面セパレータ１Ｈを図３のIVb−IVb切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、図１８(b)はＸ２，４Ｘ２，４両面セパレータ１Ｈを図３のIVc−IVc切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。本変形例においては、位置Ｘ２及び位置Ｘ４の第三コネクタ１３９Ｈ及び第四コネクタ１３０Ｈが何れも、アノード側内部導電性膜１３１Ｈ及びカソード側内部導電性膜１３２Ｈに接続されている。これにより、アノード側表面導電性膜１２７Ｈとカソード側表面導電性膜１４７Ｈとが内部導電性膜１３１Ｈ，１３２Ｈを介して、直列に接続される。また、図１８中、五枚の絶縁性基板１１Ｈ〜１５Ｈにおいて、上述した両面セパレータ１Ａの第一〜第五の基板１５Ｈと同様の構成部分については同一の数字を用いるとともに末尾に英字Ｈを付している。ここで、上述の表記「Ｘ２，４Ｘ２，４両面セパレータ」のうちＸに付したカンマ区切りの下付き添数字（ここでは、２及び４）は、両面セパレータ１Ｈの内部導電層１３１Ａが第三コネクタと位置２及び位置４の両方において接続されるとともに、内部導電層１３２Ａが第四コネクタと位置２及び位置４において電気的に接続されていることを表すものである。
なお、内部導電性膜１３１Ｈと第三コネクタ１３９Ｈ及び第四コネクタ１３０Ｈとを２つ以上の位置で接続し、内部導電性膜１３２Ｈと第三コネクタ１３９Ｈ及び第四コネクタ１３０Ｈとをこれら２つ以上の位置と何れも異なる位置で接続することにより、アノード側表面導電性膜１２７Ｈとカソード側表面導電性膜１４７Ｈとを並列に接続することもできる。
また、内部導電性膜１３１Ｈ，１３２Ｈと第三コネクタ１３９Ｈ又は第四コネクタ１３０Ｈとが接続される位置は、上述の組み合わせに限らず、適宜変更してもよい。
本変形例では、複数のビア配線を介して電気回路を構成するため、電気抵抗を低減することができ、ひいては燃料電池装置の発電効率を上げることができる。
【００７８】
［変形例１−５］
図１９(a)は、二枚の絶縁性基板１１Ｊ、１２Ｊを積層してなるＸ２片面セパレータ１Ｊを図３のIVb−IVb切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、図１９(b)は、Ｘ２片面セパレータ１Ｊを図３のIVc−IVc切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。図１９に示す片面セパレータ１Ｊは、図１７の変形例と同様に表面導電性膜１２７Ｊをコネクタ形成位置まで延在して形成することによって、第一のコネクタ１１３Ｊと表面導電性膜１２７Ｊとが接続される構成とするとともに、上述した両面セパレータ１Ａの第三の基板１３Ａ〜第五の基板１５Ａが排除されたものである。本変形例の表面導電性膜１２７Ｊは位置Ｘ２の第一コネクタ１１３Ｊと接続される一方で、他の位置Ｘ１，Ｘ３，Ｘ４の第一コネクタ１１３Ｊ，１１３Ｊ，…とは接続されない。
なお、片面セパレータ１Ｊの裏面、即ち、表面導電性膜１２７Ｊが形成されていない側の表面には、第二コネクタ１５３Ｊ，１５３Ｊ，…が露出して形成され、これらの第二コネクタ１５３Ｊ，１５３Ｊ，…は何れも、片面セパレータ１Ｊ内部に形成されたビア配線及び第三コネクタ１３９Ｊ，１３９Ｊ，…によって、第一のコネクタ１１３Ｊ，１１３Ｊ，…と接続されている。
上述のような片面セパレータを２つ（例えば、Ｘ２片面セパレータとＸ３片面セパレータ）を組み合わせることによって、これまでに記載した両面セパレータと同様に、隣接する膜電極接合体同士を直列又は並列に接続するように機能させることができる。この場合、Ｘ２片面セパレータの第四コネクタと、Ｘ３片面セパレータの第四コネクタとが対向するように配置し、互いに対応する位置に設けられた第四コネクタ同士を当接させて接続することによって、隣接する片面セパレータ同士の電気的接続を確立する。
なお、上述の通り、一方の片面セパレータは、その片面セパレータが備える第三のコネクタと他方の片面セパレータの第三のコネクタとが対向及び当接するように上下反転した上で、他方の片面セパレータと電気的に接続されるように設ける必要がある。このとき、片面セパレータの裏面上に形成される第三のコネクタは、その裏面上において、矩形状または正方形状の片面セパレータの対向する２辺の中点を結ぶ線分に対して線対称に設ける構成とすると、この構成とされた片面セパレータ同士は、何れを組み合わせても第三のコネクタ同士をそれぞれ当接させることができる。
この変形例の場合、２つの片面セパレータを第四コネクタ同士がそれぞれ当接するように配置した際に、各片面セパレータにおいて表面導電性膜と第一コネクタとが同じ位置で接続されている場合（例えば、上述のＸ２片面セパレータとＸ３片面セパレータの組み合わせ）、隣接する膜電極接合体同士はこれらの片面セパレータによって直列に接続される。同様に、各片面セパレータにおいて表面導電性膜と第一コネクタとが異なる位置で接続されている場合（例えば、上述のＸ２片面セパレータとＸ４片面セパレータの組み合わせ）、隣接する膜電極接合体同士がこれらの片面セパレータによって並列に接続される。
なお、上記何れの変形例においても、上記第一の実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７９】
［第二の実施の形態］
第一の実施の形態では、図２に示すようにカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａの表面に陽極側集電板７２及びエンドプレート７６を設け、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａの裏面に陰極側集電板７３及びエンドプレート７７を設ける構成としたが、第二の実施の形態では、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋは、第三の基板３３Ｋの表面に陽極側集電板及びエンドプレートが一体に形成された第六の基板３６Ｋが設けられ（図２０参照）、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋは、第三の基板２３Ｋの裏面に陰極側集電板及びエンドプレートが一体に形成された第七の基板２７Ｋが設けられている（図２１参照）。
なお、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋ及びアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋにおいて、第一の実施の形態のカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａ及びアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａと同様の構成部分には同一の数字にローマ字Ｋを付してその説明を省略する。
【００８０】
図２０(a)は、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋを構成する第五の基板３５Ｋ、(b)及び(c)は第四の基板３４Ｋ、(d)は第三の基板３３Ｋ、(e)は第六の基板３６Ｋを示し、(a)〜(d)は、それぞれ図８と同様の図５における切断線a−a〜d−dに沿って切断した際の平断面図、(e)も図示しないが同様にして切断した際の平断面図、(f)は、(e)における切断線f−fに沿って切断した際の矢視断面図である。
また、図２１(a)は、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋを構成する第一の基板２１Ｋ、(b)及び(c)は第二の基板２２Ｋ、(d)は第三の基板２３Ｋ、(e)は第七の基板２７Ｋを示し、(a)〜(d)は、それぞれ図８と同様の図５における切断線a−a〜d−dに沿って切断した際の平断面図、(e)も図示しないが同様にして切断した際の平断面図、(f)は、(e)における切断線f−fに沿って切断した際の矢視断面図である。
【００８１】
図２０に示すように、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋは、第一の実施の形態のカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａと同様に第三の基板３３Ｋ、第四の基板３４Ｋ、第五の基板３５Ｋを有し、さらに、第三の基板３３Ｋの表面に絶縁性の第六の基板３６Ｋが積層されている。第六の基板３６Ｋには、第三の基板３３Ｋのアノードガス導入孔３３３Ｋ、アノードガス排出孔３３４Ｋ、カソードガス導入孔３３５Ｋ及びカソードガス排出孔３３６Ｋに連通するガス継手３６１Ｋ，３６１Ｋ，…が表面に突出して設けられている。また、八つのボルト締結用穴３６２Ｋ，３６２Ｋ，…が所定箇所に形成されている。さらに、第六の基板３６Ｋの短手方向左側縁部には、第三の基板３３Ｋの導電性膜３３１Ｋを露出する矩形状の切欠部３６３Ｋが形成され、この切欠部３６３Ｋに導電性膜３３１Ｋと導通する電気外部取り出し部（外部端子）３６４Ｋが第六の基板３６Ｋの表面から突出して設けられている。電気外部取り出し部３６４Ｋは、例えば、上述した燃料電池装置５における陽極側の端子に接続されるようになっている。ここで、第三の基板３３Ｋの導電性膜３３１Ｋのうち、第五の基板３５Ｋに設けられた複数の第一コネクタ３１３Ｋ，３１３Ｋ，…に対応する箇所を、第二コネクタ（第二接続端子）３５３Ｋ，３５３Ｋ，…としている。
【００８２】
一方、図２１に示すように、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋは、第一の実施の形態のアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａと同様に第一の基板２１Ｋ、第二の基板２２Ｋ、第三の基板２３Ｋを有し、さらに、第三の基板２３Ｋの裏面に第七の基板２７Ｋが積層されている。第七の基板２７Ｋには、八つのボルト締結用穴２７１Ｋ，２７１Ｋ，…が所定箇所に形成されている。さらに、第七の基板２７Ｋの短手方向左側縁部には、第三の基板２３Ｋの導電性膜２３１Ｋを露出する切欠部２７２Ｋが形成され、この切欠部２７２Ｋに導電性膜２３１Ｋと導通する電気外部取り出し部２７３Ｋが第七の基板２７Ｋの裏面から突出して設けられている。電気外部取り出し部（外部端子）２７３Ｋは、例えば、上述した燃料電池装置５における陰極側の端子に接続されるようになっている。ここで、第三の基板２３Ｋの導電性膜２３１Ｋのうち、第一の基板２１Ｋに設けられた複数の第一コネクタ２１３Ｋ，２１３Ｋ，…に対応する箇所を、第二コネクタ（第二接続端子）２５３Ｋ，２５３Ｋ，…としている。
【００８３】
そして、上記図２０に示すカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋを、第一の実施の形態におけるカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａの代わりに使用し、上記図２１に示すアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋを、第一の実施の形態におけるアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋの代わりに使用しても良い。このような集電機能とセパレータとしての両方の機能を備えたカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋ及びアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋを使用することにより、片面セパレータに別途集電板を設ける必要がなく、部品点数を減らすことができ、燃料電池装置の小型化を図ることができる。
【００８４】
なお、上述のような第六の基板３６Ｋや第七の基板２７Ｋを備えたＸ４片面セパレータ３Ｋ、Ｘ１片面セパレータ２Ｋは、一般的に表されるＸｎ片面セパレータに適用することができることは言うまでもない。また、本第二の実施の形態に係る各片面セパレータと、上記第一の実施の形態に係る各両面セパレータとを組み合わせて使用することによって、上記第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００８５】
［第三の実施の形態］
図２２〜図２５に、第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌの構成例を示す。本第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌにおいては、高電圧側及び低電圧側の電気の取り出し口をともに、燃料電池装置５Ｌのアノード側の端部に設けたものである。
図２２は、燃料電池装置５Ｌを図２４の切断線XXIVｂ−XXIVｂに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌは、図２に示す第一の実施の形態の燃料電池装置５と対比すると、アノード側片面セパレータ２Ｌ、カソード側片面セパレータ３Ｌ、陽極側集電板７３Ｌ及び陰極側集電板７２Ｌの構成だけが異なっており、それ以外の構成は同じであるので、図２２においては、上述の燃料電池装置５の符号と同一のものを付している。
図２２に示すように、燃料電池装置５Ｌの陽極側集電板７２Ｌは、高電圧側及び低電圧側の両方の外部端子が設けられる。一方、陰極側集電板７３Ｌは、外部端子を備えていない。なお、本第三の実施の形態においては、陰極側集電板７３Ｌは備えない構成としてもよい。
図２３(a)は、第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌのセパレータの配列を示した模式図であり、図中のＸｎＸｍ又はＸｎ（ｎ、ｍは１乃至４の自然数）は、上述の第一の実施の形態と同様、セパレータの構成を表す指数である。図２３(b)は、燃料電池装置５Ｌの積層方向の電気的接続を表す電気回路図、図２３(c)は、燃料電池装置５Ｌの等価回路図である。
図２３(a)に示すように、燃料電池装置５Ｌは、その一方の端部側から順にカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｌ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０６Ｅ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０６Ｄ、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１０６Ｃ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０６Ｂ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０６Ａ、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｌが、各セパレータ間に膜電極接合体６０６，６０６，…を挟んだ状態で積層されたスタック構造となっている。また、本第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌが備えるセパレータは何れも、上述の第一の実施の形態と同じ配列であるが、後述するように、端部にそれぞれ配置されるＸ１片面セパレータ２ＬとＸ４片面セパレータ３Ｌの内部における端子と内部導電性膜間の接続が異なっている。
【００８６】
図２３(b)に示すように、上述のように組み合わせてなるスタック構造では、上述の第一の実施の形態における燃料電池装置５と同様に、セル６（セル構造）とセル３、セル５とセル２、セル４とセル１とがそれぞれ並列接続され、これら三つの並列接続が互いに直列接続となっている。本第三の実施の形態においては、カソード側の端部に高電圧側及び低電圧側の両方の外部端子を設けることができる。この場合、図２３における位置Ｘ１の第二接続端子が低電圧側の外部端子となり、位置Ｘ４の第２接続端子及び内部導電層が高電圧側の接続端子となる。そして、これらの接続端子が、それぞれ陽極側集電板７２Ｌに設けられた内部配線を介して、陽極側集電板における外面に露出した端部に設けられた外部端子と接続されており、これらの外部端子と燃料電池システムの電圧取り入れ用の端子とが接続されることによって、燃料電池システムに電力が供給される。
【００８７】
図２４(a)は、第三の実施の形態のアノード側の端部に配置されるＸ１片面セパレータ２Ｌ、図２４(b)は、図２４(a)のXXIVb-XXIVb切断線に沿った断面、図２４(c)は、図２４(a)のXXIVc-XXIVc切断線に沿った断面を示す。また、図２５(a)は、第三の実施の形態におけるカソード側片面セパレータ３Ｌの平面図、図２５(b)は、図２５(a)のXXVb-XXVb切断線に沿った断面、図２５(c)は、図２５(a)のXXVc-XXVc切断線に沿った断面を示す。なお、カソード端部側には、陰極側集電板７３Ｌの代わりに、絶縁基板が配置されており、Ｘ１片面セパレータ２Ｌは、後述の通り、Ｘ１Ｘ１両面セパレータ１０６Ａとだけ電気的に接続されている。
図２４(a)〜(c)に示すように、アノード側のＸ１片面セパレータ２Ｌは、位置Ｘ１の第二コネクタ２５３Ｌが、位置Ｘ１の第一コネクタ２１３Ｌと接続されているとともに、内部導電性膜２３１Ｌと接続されている。また、位置Ｘ２，Ｘ３及びＸ４の第一コネクタ２１３Ｌ，２１３Ｌ，２１３Ｌと第二コネクタ２５３Ｌ，２５３Ｌ，２５３Ｌとは互いに接続されておらず、内部導電性膜２３１Ｌとも絶縁されている。なお、図２４に示すアノード側のＸ１片面セパレータ２Ｌにおいては、上述の構成に限らず、位置Ｘ２，Ｘ３及びＸ４の第二コネクタ２５３Ｌ，２５３Ｌ，２５３Ｌは、対応する位置の各第一コネクタ２１３Ｌ，２１３Ｌ，２１３Ｌとが絶縁されてさえいれば、何れも内部導電性膜２３１Ｌと接続されている構成でもよい。この場合、上述の第一の実施の形態におけるアノード側のＸ１片面セパレータ２Ａと同一の構成となる。更には、上述の位置Ｘ２，Ｘ３及びＸ４の第二接続端子の何れも備えない構成としてもよい。
【００８８】
図２５に示すように、カソード側のＸ４片面セパレータ３Ｌは、位置Ｘ４の第二コネクタ３５３Ｌが、位置Ｘ４の第一コネクタ３１３Ｌと接続されているとともに、内部導電性膜３３１Ｌと接続されている。また、位置Ｘ１の第二コネクタ３５３Ｌ，３５３Ｌ，３５３Ｌは、位置Ｘ１の第一コネクタ３１３Ｌと接続されているが、内部導電性膜３３１Ｌと絶縁されている。また、位置Ｘ２の第一コネクタ３１３Ｌと第二コネクタ３５３Ｌとは互いに接続されておらず、内部導電層００とも絶縁されている。同様に、位置Ｘ３の第一コネクタ３１３Ｌと第二コネクタ３５３Ｌとは互いに接続されておらず、内部導電層００とも絶縁されている。なお、図２５に示すアノード側のＸ４片面セパレータ３Ｌにおいては、上述の構成に限らず、位置Ｘ２及びＸ３の第二コネクタ３５３Ｌ，３５３Ｌ，３５３Ｌは、第一コネクタ３１３Ｌ，３１３Ｌ，３１３Ｌとが絶縁されてさえいれば、何れも内部導電層００と接続されている構成でもよい。更には、上述の位置Ｘ２及びＸ３の第二コネクタの何れも備えない構成としてもよい。
以上の通り、第三の実施の形態における燃料電池装置５Ｌの構成とすることにより、上述の第一及び第二の実施の形態の効果に加えて、高電圧側及び低電圧側の電気の取り出し口を両方とも燃料電池装置５Ｌの積層方向における一端部側に設けることができる。これにより、燃料電池装置５Ｌの外部における引き回し配線を省略することができ、このような燃料電池装置５Ｌを備える燃料電池システムをより小型化することができる。
また、本第三の実施の形態に係る各片面セパレータと、上記第一の実施の形態に係る各両面セパレータとを組み合わせて使用することによって、上記第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
尚、上述の実施の形態及び変形例に記載したセパレータは何れも、少なくとも複数の絶縁性基板を備える構成としたが、これに限らず、これらのセパレータは何れも、一つの絶縁性基板だけを備える構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】燃料電池装置５を備えた発電装置４００のブロック図である。
【図２】燃料電池装置５を図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図３】図２における両面セパレータ１Ａの平面図である。
【図４】(a)は図２における膜電極接合体６を切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図、(b)、(c)は、それぞれ図２における両面セパレータ１Ａを切断線IVb−IVb、IVc−IVcに沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図である。
【図５】(a)、(b)は、それぞれ図２における片面セパレータ２Ａを切断線IVb−IVb、IVc−IVcに沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図である。
【図６】(a)〜(i)は、図４の切断線a−a〜i−iに沿って切断した際の両面セパレータ１Ａの平断面図である。
【図７】(a)〜(i)は、図４の切断線a−a〜i−iに沿って切断した際の両面セパレータ１Ｃの平断面図である。
【図８】(a)〜(d)は、図５の切断線a−a〜d−dに沿って切断した際の片面セパレータ２Ａの平断面図である。
【図９】(a)は、燃料電池装置５のセパレータの配列を示した模式図、(b)は、燃料電池装置５の積層方向の電気的接続を表す電気回路図、(c)は、燃料電池装置５の等価回路図である。
【図１０】燃料電池装置５における出力性能の一例を示した図である。
【図１１】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置の積層方向の電気的接続を表す電気回路図、(d)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１２】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１３】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１４】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１５】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１６】両面セパレータ１Ｆを図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図１７】両面セパレータ１Ｇを図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図１８】(a)は、両面セパレータ１Ｈを図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線IVc−IVcに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図１９】(a)は、片面セパレータ１Ｊを図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線IVc−IVcに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図２０】(a)〜(d)は、図５の切断線a−a〜d−dに沿って切断した際のカソード側片面セパレータ３Ｋの平断面図、(e)は第六の基板３６Ｋの平断面図、(f)は、(e)における切断線f−fに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図２１】(a)〜(d)は、図５の切断線a−a〜d−dに沿って切断した際のアノード側片面セパレータ２Ｋの平断面図、(e)は第七の基板２７Ｋの平断面図、(f)は、(e)における切断線f−fに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図２２】燃料電池装置５Ｌを図２４の切断線XXIVb−XXIVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図２３】(a)は、第三の実施の形態における燃料電池装置５Ｌのセパレータの配列を示した模式図、(b)は、燃料電池装置５Ｌの積層方向の電気的接続を表す電気回路図、(c)は、燃料電池装置５Ｌの等価回路図である。
【図２４】(a)は、第三の実施の形態におけるアノード側片面セパレータ２Ｌの平面図、(b)は、(a)のXXIVb−XXIVb断面図、(c)は、(a)のXXIVc−XXIVc断面図である。
【図２５】(a)は、第三の実施の形態におけるカソード側片面セパレータ３Ｌの平面図、(b)は、(a)のXXVb−XXVb断面図、(c)は、(a)のXXVc−XXVc断面図である。
【図２６】従来の直列接続をした場合におけるセルの性能差による電流電圧特性を表したグラフである。
【図２７】並列接続した場合におけるセルの性能差による電流電圧特性を表したグラフである。
【符号の説明】
【００９０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 両面セパレータ
１１Ａ，１１Ｃ 第一の基板（絶縁性基板）
１１２Ａ，１２８Ａ，１３７Ａ，１４８Ａ，１５２Ａ ボルト締結穴（穴）
１１３Ａ，１１３Ｃ 第一コネクタ（第一接続端子）
１２Ａ，１２Ｃ 第二の基板（絶縁性基板）
１２１Ａ，１２１Ｃ 蛇行溝（ガス流路）
１２７Ａ，１２７Ｃ アノード側表面導電性膜（第一導電層）
１３Ａ，１３Ｃ 第三の基板（絶縁性基板）
１３０Ａ，１３０Ｃ 第四コネクタ（第四接続端子）
１３１Ａ，１３１Ｃ アノード側内部導電性膜（第三導電層）
１３２Ａ，１３２Ｃ カソード側内部導電性膜（第四導電層）
１３９Ａ，１３９Ｃ 第三コネクタ（第三接続端子）
１４Ａ，１４Ｃ 第四の基板（絶縁性基板）
１４１Ａ，１４１Ｃ 蛇行溝（ガス流路）
１４７Ａ，１４７Ｃ カソード側表面導電性膜（第二導電層）
１５Ａ，１５Ｃ 第五の基板（絶縁性基板）
１５３Ａ，１５３Ｃ 第二コネクタ（第二接続端子）
２Ａ，２Ｋ，２Ｌ アノード側片面セパレータ
２１Ａ，２１Ｋ，２１Ｌ 第一の基板（絶縁性基板）
２１２Ａ，２２８Ａ，２３７Ａ ボルト締結穴（穴）
２１２Ｋ，２２８Ｋ，２３８Ｋ，２７１Ｋ ボルト締結穴（穴）
２１３Ａ，２１３Ｋ，２１３Ｌ 第一コネクタ（第一接続端子）
２２Ａ，２２Ｋ，２２Ｌ 第二の基板（絶縁性基板）
２２１Ａ，２２１Ｋ，２２１Ｌ 蛇行溝（ガス流路）
２２７Ａ，２２７Ｋ，２２７Ｌ，３２７Ｌ 表面導電性膜（第一導電層）
２３Ａ，２３Ｋ，２３Ｌ 第三の基板（絶縁性基板）
２３１Ａ，２３１Ｋ，２３１Ｌ 裏面導電性膜（第二導電層）
２３７Ｌ ボルト締結穴（穴）
２５３Ａ，２５３Ｋ，２５３Ｌ 第二コネクタ（第二接続端子）
２７Ｋ 第七の基板（絶縁性基板）
２７２Ｋ 切欠部
２７３Ｋ 電気外部取り出し部（外部端子）
３Ｋ，３Ｌ カソード側片面セパレータ
３１３Ｋ，３１３Ｌ 第一コネクタ（第一接続端子）
３３Ｋ，３３Ｌ 第三の基板（絶縁性基板）
３３２Ｋ，３３１Ｌ 裏面導電性膜（第二導電層）
３３７Ｌ ボルト締結穴（穴）
３４Ｋ 第四の基板（絶縁性基板）
３４１Ｋ，３４１Ｌ 蛇行溝（ガス流路）
３４７Ｋ，３２７Ｌ 表面導電性膜（第一導電層）
３５Ｋ 第五の基板（絶縁性基板）
３５２Ｋ，３４８Ｋ，３３８Ｋ，３６２Ｋ ボルト締結穴（穴）
３５３Ｋ，３５３Ｌ 第二コネクタ（第二接続端子）
３６Ｋ 第六の基板（絶縁層）
３６３Ｋ 切欠部
３６４Ｋ 電気外部取り出し部（外部端子）
５，５Ｌ 燃料電池装置
６，６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６ 膜電極接合体
６１ 固体高分子電解質膜（電解質膜）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータ、燃料電池装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んに行われている。燃料電池は、アノードガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。
【０００３】
従来の燃料電池は膜電極接合体と導電性基板であるセパレータとを交互に積層することでスタック化されており、二つのセパレータとその間に挟持された膜電極接合体とにより構成される燃料電池セルが直列に接続されている。膜電極接合体は固体高分子電解質膜の両面にそれぞれ矩形状の電極が設けられたものであるが、以下においては、簡略化のため、さらに、この電極における固体高分子電解質膜と当接する面とは逆の面に電極と同形状の導電性を有するガス拡散層を積層するとともに、電極及びガス拡散層を囲繞するように枠状のガスケットが設けられたものを含めて膜電極接合体と定義して記載する。セパレータは両面に流路を形成したものであり、セパレータの一方の面に形成された流路にはアノードガスが流れ、他方の面に形成された流路にはカソードガスが流れるようになっている。
【０００４】
上述のように燃料電池セルを直列に接続した場合、全ての燃料電池セルに同量の電流が流れることになるため、例えば積層された複数の燃料電池セルのうち、一つの燃料電池セルの発電効率が悪いと、この燃料電池セルに大きな負荷がかかりひいては逆電圧が発生し、電極触媒の溶出等の致命的な現象が発生し、燃料電池の寿命に大きく影響を及ぼすことがある。
そこで、上述したような問題点を回避するために、電流量を抑えた状態で、燃料電池を動作させると、全体としての発電性能が大きく低下するという問題があった。
【０００５】
図２６は、燃料電池の発電特性を示したグラフの一例である。このグラフより、一つの燃料電池セルがグラフの「異常」と示した特性であるとき、６Ａでは０Ｖもしくはマイナスの電圧に低下してしまい燃料電池セルの寿命に大きく影響することがわかる。したがって、実際には全体を５．５Ａ程度に電流を制御して使用する必要が生じる。この制限を異常のある燃料電池セルではなく、正常に動作している燃料電池セル一つについてのみ考えると、６．０Ａの時に０．５９Ｖ（３．５４Ｗ）で動作可能な燃料電池セルは、５．５Ａの出力制御をすることによって０．６１Ｖ（３．３５ｗ）となり、５．４％の性能の低下となる。この性能の低下は、スタック全体として考えても同様であり、スタック構造によって、一つの燃料電池セルの不具合の影響が与える影響が大きいということが認められる。
【０００６】
上記問題点の影響を回避する方法の一つとして燃料電池セルを電気的に並列接続することが挙げられる。図２７は、燃料電池セルを並列接続した時の燃料電池の発電特性を示したグラフである。正常に動作しているときに、二つの燃料電池セルにて６Ａ、０．５９Ｖで運転動作している系がある。ここで、上記と同じ不具合が片方のセルに発生した時、二つの燃料電池セルに掛かる電流値を固定して考えると、電気的に並列に接続されているため、電流値は合計して１２Ａで同じ電圧の点にて、各燃料電池セル間で調整されて動作する（グラフ中のＸとＹの矢印のように変化）。このことにより、一つの燃料電池セルに対して突発的に不具合が発生しても、他の正常な燃料電池セルにて補う作用により、限界電圧に落ち込み難いという効果が認められる。また、これは二つの燃料電池セルでなくそれ以上の数の燃料電池セルを電気的に並列につなぐとさらに安定化する効果がある。
【０００７】
ここで、燃料電池セルを並列接続する技術として、絶縁性基板であるセパレータの両面又は片面における流路が形成される領域内にガス拡散層と当接する導電層を設けて、この導電層に接続されて且つ流路が形成される領域外に前述の導電層に接続された外部接続端子を設ける構造が知られている。この場合、スタックの中間部に配置される両面セパレータの各面に設けられた導電層と、２つの膜電極接合体の各アノード電極とがそれぞれ当接するように、この膜電極接合体が配置されて、この導電層に接続された第一外部接続端子を負極端子とされる。さらに、スタックの両端部であって且つこの両面セパレータとの間にそれぞれ上述の膜電極接合体を挟んで配置される２つの片面セパレータに、これら２つの膜電極接合体のカソード電極と当接する導電層が設けられ、これら２つの導電層に接続された第二外部接続端子を正極端子とする構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−０５５２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された発電セル積層体（同引用文献の図７の符号５０）を含む燃料電池は、各発電セル（同図の符号１０）の内部においてのみ並列接続されている。したがって、このような発電セル同士を複数個直列接続、又は、並列接続する場合、従来と同様に、そのスタックの外部にて配線を形成するしかなく、各発電セル毎に設けられた外部接続端子同士を並列に接続する外部回路が必要となり、部品点数が増加して組立工程も複雑となるという問題があった。また、これに伴って検査工程が増加するとともに歩留まりの低下が発生するという問題もあった。さらには、発電セル積層体の外部に並列接続用の回路を設ける必要があるために単位発電量に対する燃料電池の大きさが大きくなってしまうという問題もあった。
その上、上記特許文献１に記載された技術の各発電セルは、単位発電量しか出力できないため、このような発電セル燃料電池を、一般的な電子機器において使用する場合は、昇圧回路が必要となるが、燃料電池セル相当の電圧が小さすぎるため、一般的な電子機器においては実現が困難又は不可能であるか、又は電力損失が大きくなってしまうという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発電セル同士の直列接続、又は、並列接続を含む電気的接続を、外部配線を設けることなく、簡易に実現することができ、ひいては、高出力で安定した電力を得ることができ、また、組立工程が少なく、大型化しないセパレータ及び燃料電池装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に記載のセパレータは、１以上の絶縁性基板を含むセパレータであって、
前記セパレータの一方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第一導電層と、複数の第一接続端子とが形成され、
前記複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記第一導電層とが接続され、
前記複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第一導電層とが絶縁され、
前記セパレータの他方の面に前記複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する複数の第二接続端子が形成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する他のセパレータの複数の第二接続端子が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１又は２に記載の発明によれば、セパレータの一方の面に導電性を有する第一導電層と複数の第一接続端子とを形成し、複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと第一導電層とを接続し、複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと第一導電層とを絶縁し、セパレータの他方の面に複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する複数の第二接続端子を形成しているので、この構成を備える２つのセパレータの間に膜電極接合体を挟持したセル構造を含む燃料電池装置を構成した場合、このようなセル構造同士を外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【００１２】
請求項３に記載のセパレータは、１以上の絶縁性基板を含むセパレータであって、
前記セパレータの一方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第一導電層と、複数の第一接続端子とが形成され、
前記複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記第一導電層とが接続され、
前記複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第一導電層とが絶縁され、
前記セパレータの他方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第二導電層と、複数の第二接続端子とが形成され、
前記複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと前記第二導電層とが接続され、
前記複数の第二接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第二導電層とが絶縁され、
前記複数の第一接続端子のうち何れか一つと前記複数の第二接続端子のうち何れか一つとが接続されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載のセパレータは、請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの前記第一導電層と接続された他のセパレータの第二導電層が形成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの第一導電層と接続された外部接続端子が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に他のセパレータの複数の第二接続端子を備え、前記他のセパレータの第二接続端子のうち少なくとも一つが前記他のセパレータの第一接続端子と接続されるとともに前記他のセパレータの第一導電層と接続され、
前記他のセパレータの第二接続端子のうち他の少なくとも一つが前記他のセパレータの第一接続端子と接続されるとともに前記他のセパレータの第一導電層と絶縁されることを特徴とするセパレータ。
【００１６】
請求項３乃至６の何れか一項に記載の発明によれば、セパレータの一方の面に導電性を有する第一導電層と複数の第一接続端子とを形成し、複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと第一導電層とを接続し、複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと第一導電層とを絶縁し、セパレータの他方の面に導電性を有する第二導電層と複数の第二接続端子とを形成し、複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと第二導電層とを接続し、複数の第二接続端子のうち他の少なくとも一つと第二導電層とを絶縁し、複数の第一接続端子のうち何れか一つと複数の第二接続端子のうち何れか一つとを接続しているので、この構成を備える２つのセパレータの間に膜電極接合体を挟持したセル構造を含む燃料電池装置を構成した場合、このようなセル構造同士を外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載のセパレータであって、
ボルトが挿通される複数の穴を備え、
前記複数の第一接続端子は前記複数の穴の間に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、セパレータの一方の面に導電性を有する第一導電層と複数の第一接続端子とを形成し、複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと第一導電層とを接続し、複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと第一導電層とを絶縁し、セパレータの他方の面に導電性を有する第二導電層と複数の第二接続端子とを形成し、複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと第二導電層とを接続し、複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと第二導電層とを絶縁し、複数の第一接続端子のうち何れか一つと複数の第二接続端子のうち何れか一つとを接続しているので、この構成を備える２つのセパレータの間に膜電極接合体を挟持したセル構造を含む燃料電池装置を構成した場合、このようなセル構造同士を外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。また、複数の第一接続端子がボルトが挿通される複数の穴の間に設けられているので、燃料電池装置の大きさを大きくすることなく、上述の接続を実現することができる。
【００１９】
請求項８に記載の燃料電池装置は、請求項３に記載のセパレータを備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の燃料電池装置は、請求項３に記載の一のセパレータと、請求項４に記載の他のセパレータと、電解質膜の両面にそれぞれ少なくとも一つ電極が設けられた膜電極接合体とを備え、
前記一のセパレータの一方の面と前記他のセパレータの一方の面とが対向配置され、前記膜電極接合体が前記他のセパレータの一方の面と前記一のセパレータの一方の面との間に挟持されるセル構造を含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の燃料電池装置は、請求項３に記載の一のセパレータを複数個と、電解質膜の両面にそれぞれ少なくとも一つ電極が設けられた膜電極接合体とを備え、
前記複数個の一のセパレータのうちの一つにおける一方の面と前記複数個の一のセパレータのうち他の一つにおける他方の面とが対向配置され、前記膜電極接合体が前記複数個の一のセパレータのうち一つにおける一方の面と前記複数個の一のセパレータのうち他の一つにおける他方の面との間に挟持されるセル構造を含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項８乃至１０の何れか一項に記載の発明によれば、請求項３に記載のセパレータを備えるので、膜電極接合体が２つのセパレータ間に挟持されるセル構造同士を、外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【００２３】
請求項１１に記載の電子機器は、請求項８乃至１０の何れか一項に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項８乃至１０の何れか一項に記載の燃料電池装置を備えるので、膜電極接合体が２つのセパレータ間に挟持されるセル構造同士を、外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、２つのセパレータの間に膜電極接合体を挟持したセル構造を含む燃料電池装置を構成した場合、このようなセル構造同士を外部配線を設けることなく、並列に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［第一の実施の形態］
まず、第一の実施の形態として、図２に示す、両面セパレータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、片面セパレータ２Ａ、３Ａ等を使用した燃料電池装置５について、この燃料電池装置５を備えた発電装置４００とともに説明する。
図１は、燃料電池装置５を備えた発電装置４００のブロック図である。この発電装置４００は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
【００２７】
発電装置４００は、メタノール等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留した燃料容器４０１と、燃料容器４０１から供給された燃料と水を気化させる気化器４０３と、燃料容器４０１から燃料と水を吸引するとともに吸引した燃料と水を気化器４０３に供給する燃料ポンプ４０２と、気化器４０３から供給された燃料と水の混合気を水素ガスと二酸化炭素ガス等を化学反応式（１）、（２）のように生成する改質器４０４と、改質器４０４から供給された混合気中の一酸化炭素を化学反応式（３）のように酸化させることで混合気から一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器４０５と、一酸化炭素除去器４０５から供給された混合気のうち水素ガスと外気の酸素ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池装置５と、外気の空気を吸引するとともに吸引した空気を一酸化炭素除去器４０５及び燃料電池装置５に供給する空気ポンプ４０６と、を備える。
【００２８】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３）
【００２９】
なお、燃料容器４０１に貯留された燃料は、メタノールの代わりに、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素原子を含む化合物が適用可能である。
【００３０】
図２は、スタック型の燃料電池装置５を図３のIVｂ−IVｂ切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、図３は、図２における両面セパレータ１Ａの平面図、図４（ａ）は、図２における膜電極接合体６を上記IVｂ−IVｂ切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図、図４（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図２における両面セパレータ１Ａを上記IVb−IVb切断線又はIVc−IVc切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図、図５（a）、（b）は、それぞれ図２における片面セパレータ２Ａを上記IVb−IVb切断線又はIVc−IVc切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図である。
燃料電池装置５は、片面セパレータ３Ａ、膜電極接合体６、両面セパレータ１E、膜電極接合体６、両面セパレータ１D、膜電極接合体６、両面セパレータ１Ｃ、膜電極接合体６、両面セパレータ１Ｂ、膜電極接合体６、両面セパレータ１Ａ、膜電極接合体６、片面セパレータ２Ａが上から順に積層されたセルスタック７１と、セルスタック７１の陽極側の集電板７２と、セルスタック７１の陰極側の集電板７３等を備えている。
【００３１】
セルスタック７１は、複数の燃料電池セルが電気的に接続されて積層されてなるものである。ここで、各燃料電池セルは、膜電極接合体６が片面セパレータ３Ａ及び両面セパレータ１Eによって挟まれた構造、膜電極接合体６が各両面セパレータ１Ａ〜１Ｅによって挟まれた構造、膜電極接合体６が両面セパレータ１Ａ及び片面セパレータ２Ａによって挟まれた構造である。両面セパレータ１Ａ〜１Ｅは、隣接する燃料電池セルの双方の構造を兼ね、隣接する燃料電池セル１Ａ〜１Ｅは、後述するように直列又は並列に接続されている。積層される燃料電池セルの数は、各膜電極接合体６，６，…の起電力と、燃料電池装置５に要求される出力電圧によって定まる。
【００３２】
図４を用いて膜電極接合体６，６，…について説明する。なお、いずれの膜電極接合体６も同様に構成されている。
膜電極接合体６は、固体高分子電解質膜６１と、ガス拡散層６２a，６２bと、触媒６３a，６３bと、ガスケット６４a，６４bとを備えて構成されている。
【００３３】
固体高分子電解質膜６１は、矩形状に形成された膜であって、水素イオン（Ｈ+）を選択的に透過させるものである。固体高分子電解質膜６１の両面であってそれぞれの中央部には、導電性を有する触媒６３a，６３bが矩形状に設けられている。触媒６３ａ，６３ｂは、例えば、導電性を有する担体上に触媒を担持させたものとしてよい。触媒６３a，６３b上には、それぞれ触媒６３ａ，６３ｂと当接するように、触媒６３ａ，６３ｂと同形状の導電性を有するガス拡散層６２a，６２bが配置されている。ガス拡散層６２a，６２bは、水素、水、酸素等のガスを透過して拡散させるものである。触媒６３ａとガス拡散層６２aとはアノード（水素極）として機能し、触媒６３ｂとガス拡散層６２bとはカソード（酸素極）として機能する。
【００３４】
固体高分子電解質膜６１の外周部であって、一方の面には、触媒６３ａとガス拡散層６２aとを囲繞するよう矩形枠型のガスケット６４aが設けられており、他方の面には、触媒６３ｂとガス拡散層６２bとを囲繞するよう矩形枠型のガスケット６４bが設けられている。ガスケット６４a，６４ｂは絶縁体であり、かつ弾性体である。ガスケット６４a，６４bは膜電極接合体６を挟む片面セパレータ２Ａ，３Ａと両面セパレータ１Ａ〜１Ｅとの間に、ガス拡散層６２a，６２b及び触媒６３a，６３bを配置するためのスペーサーとして機能するとともに、片面セパレータ２Ａより供給されるアノードガス、両面セパレータ１Ａ〜１Ｅに形成された蛇行溝１２１Ａ〜１２１Ｅを流通するカソードガス、及び、両面セパレータ１Ａ〜１Ｅに形成された蛇行溝１４１Ａ〜１４１Ｅを流通するアノードガスが燃料電池装置５から漏れ出すことを防ぐガスシールとしても機能する。このようなガスケット６４a，６４bは、例えばイソブチレンゴムを用いて形成することができる。
【００３５】
複数の両面セパレータは、隣接する各両面セパレータ１Ｅ，１Ｄ，１Ｃ，１Ｂ，１Ａの間にそれぞれ１つの膜電極接合体６，６，…を挟んだ状態で、燃料電池装置５の一方の端部側から順に積層されている。そして、一方の端部側に配された両面セパレータ１Ｅには、膜電極接合体６を挟んで片面セパレータ３Ａが設けられ、他方の端部側に配された両面セパレータ１Ａには、膜電極接合体６を挟んで片面セパレータ２Ａが設けられている。
【００３６】
詳しくは後述するが、両面セパレータ１Ａは、図４に示すように、表面に４つの第一コネクタ（第一接続端子）１１３Ａ，１１３Ａ，…を備えるとともに、裏面に４つの第二コネクタ（第二接続端子）１５３Ａ，１５３Ａ，…を備えている。また、両面セパレータ１Ａは、これらの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第三コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…のそれぞれに対応する、４つの第三コネクタ（第三接続端子）１３９Ａ，１３９Ａ，…と４つの第四コネクタ（第四接続端子）１３０Ａ，１３０Ａ，…とを備えており、これらの第一〜第四コネクタは、燃料電池の積層方向に平行な直線に沿って互いに対応する位置に設けられていて、これらの互いに対応するコネクタ同士が、内部配線によって電気的に接続されている。
さらに、第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…は、何れも、各基板に備えられた複数の締結用穴を囲繞する最短の閉曲線内に形成されている。例えば、本第一の実施の形態においては、これらの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…は、それぞれに隣接する２つの締結用穴１１２Ａ，１１２Ａ、１５２Ａ，１５２Ａが配列される直線上に沿って設けられており、且つ、この直線と垂直な方向における第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…の幅は、各締結用穴１１２Ａ，１５２Ａの幅以下となるように形成されている（図３、図６参照）。
【００３７】
ここで、図３に示すように、それぞれ４つのコネクタにおいて、左下のコネクタの位置をＸ１、左上のコネクタの位置をＸ２、右上のコネクタの位置をＸ３、右下のコネクタの位置をＸ４とし、以下、これらの位置をＸ１〜Ｘ４を使用して説明するものとする。
さらに、図４に示すように、両面セパレータ１Ａは、その表裏面側に配置される膜電極接合体６のガス拡散層６２ａと当接するアノード側表面導電性膜（第一導電層）１２７Ａ及びガス拡散層６２ｂと当接するカソード側表面導電性膜（第二導電層）１４７Ａを備え、後述の微細孔部１２６Ａに形成されたビア配線によってアノード側表面導電性膜１２７Ａと接続された内部導電性膜（第三導電層）１３１Ａと、後述の微細孔部１４６Ａに形成されたビア配線によってカソード側表面導電性膜１４７Ａと接続された内部導電性膜（第四導電層）１３２Ａとを内部に備えており、内部導電性膜１３１Ａ，１３２Ａはそれぞれ、上述の位置Ｘ１〜Ｘ４の何れかにおいて、第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第四コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…の何れか少なくとも１つに接続されている。
【００３８】
本実施の形態の両面セパレータ１Ａは、内部導電性膜１３１Ａは、位置Ｘ２において第一コネクタ１１３Ａと接続され、内部導電性膜１３２Ａは、位置Ｘ２において第四コネクタ１５３Ａと接続されている。また、詳しくは後述するが、図２に示す他の両面セパレータ１Ｂ，１Ｃ，１Ｅも両面セパレータ１Ａと同様の構成を有するが、各内部導電性膜と第一又は第二コネクタとが接続される位置（Ｘ１〜Ｘ４）が上述の両面セパレータ１Ａとは異なっている。なお、図２に示す両面セパレータ１Ｄについては、各内部導電性膜と第一又は第二コネクタとが接続される位置が、図４に示す両面セパレータ１Ａと同じである。
【００３９】
ここで、以下において、位置Ｘｎ（ｎは自然数）の第一コネクタがアノード側表面導電性膜と電気的に接続され、位置Ｘｍ（ｍは自然数）の第二コネクタがカソード側表面導電性膜と電気的に接続された両面セパレータを指数ｎ，ｍを用いて、「ＸｎＸｍ両面セパレータ」と言う。特に、ｎ＝ｍのときを「同型のＸｎＸｍ両面セパレータ」と言い、ｎ≠ｍのときを「異型のＸｎＸｍ両面セパレータ」と言う。例えば、上述の両面セパレータ１Ａの場合は、同型のＸ２Ｘ２両面セパレータと言う。
【００４０】
一方、片面セパレータ２Ａは、図５に示すように、表面に複数の第一コネクタ（第一接続端子）２１３Ａ，２１３Ａ，…を備えるとともに、裏面に導電性膜（第二導電層）２３１Ａを備え、導電性膜２３１Ａにおける第一コネクタ２１３Ａ，２１３Ａ，…にそれぞれ対応する箇所が第二コネクタ２５３Ａ，２５３Ａ，…とされている。位置Ｘ１の第一コネクタ２１３Ａと第二コネクタ２５３Ａとが微細孔部２２９Ａに形成されたビア配線によって電気的に接続されるとともに、他の位置Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の第一コネクタ２１３Ａと第二コネクタ２５３Ａとは接続されない。また、片面セパレータ２Ａは、その表面側に配置される膜電極接合体６のガス拡散層６２ａと当接する表面導電性膜（第一導電層）２２７Ａを備え、後述の微細孔部２２６Ａに形成されたビア配線によって、上述の表面導電性膜２２７Ａと接続されている。
また、図示しないが、セルスタック７１における片面セパレータ２Ａが設けられた端部と反対側の端部に設けられた片面セパレータ３Ａも片面セパレータ２Ａと同様の構成を有している。片面セパレータ３Ａは、その表面側（図２における下面側）に配置される膜電極接合体６のガス拡散層６２ｂと当接する表面導電性膜（第一導電層）を備え、微細孔部に形成されたビア配線によって表面導電性膜と接続された裏面導電性膜（第二導電層）を備えており、裏面導電性膜は、位置Ｘ４に設けられた第二コネクタを介して、位置Ｘ４の第一コネクタに接続されている。尚、この接続構成は、位置Ｘ１及びＸ２を結ぶ直線に沿った断面図である図２には示されない。
【００４１】
ここで、以下において、位置Ｘｎ（ｎは自然数）の第一コネクタが裏面導電性膜と電気的に接続される片面セパレータを指数ｎを用いて、Ｘｎ片面セパレータと言う。例えば、上述の片面セパレータ２Ａの場合は、Ｘ１片面セパレータと言い、片面セパレータ３Ａの場合は、Ｘ４片面セパレータと言う。
上述のような両面セパレータ１Ａ〜１Ｅ、アノード側片面セパレータ２Ａ及びカソード側片面セパレータ３Ａのうち互いに隣接するもの同士は、具体的には以下のように電気的に接続されている。
図２に示すように、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａの第二コネクタ３５３Ａと、これと隣接するＸ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅの第一コネクタ１１３Ｅとが互いに当接し導通している。次いで、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅの第二コネクタ１５３Ｅと、これと隣接するＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄの第一コネクタ１１３Ｄとが互いに当接し導通している。次いで、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄの第二コネクタ１５３Ｄと、これと隣接するＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃの第一コネクタ１１３Ｃとが互いに当接し導通している。次いで、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃの第二コネクタ１５３Ｃと、これと隣接するＸ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂの第一コネクタ１１３Ｂとが互いに当接し導通している。次いで、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂの第二コネクタ１５３Ｂと、これと隣接するＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ａの第一コネクタ１１３Ａとが互いに当接し導通している。そして、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａの第二コネクタ１５３Ａと、これと隣接するアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａの第一コネクタ２１３Ａとが互いに当接し導通している。
【００４２】
カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａの導電性膜３３２Ａは、陽極側集電板７２と当接して固定されている。陽極側集電板７２には、図示しないアノードガス導入孔、アノードガス排出孔、カソードガス導入孔及びカソードガス排出孔が形成されている。また、陽極側集電板７２には、燃料電池装置５の陽極側の端子が設けられ、さらに、八つのボルト締結用穴（図示しない）が形成されている。
アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａの導電性膜２３１Ａは、陰極側集電板７３と当接して固定されている。また、陰極側集電板７３には、燃料電池装置５の陰極側の端子が設けられ、さらに、八つのボルト締結用穴（図示しない）が形成されている。
【００４３】
陽極側集電板７２の表面及び陰極側集電板７３の裏面には、それぞれエンドプレート７６，７７が配されている。陽極側集電板７２に固定されるエンドプレート７６には、中空のガス継手７８，７８，…が、それらの各中空と陽極側集電板７２に形成されたアノードガス導入穴、アノードガス排出穴、カソードガス導入穴及びカソードガス排出穴とがそれぞれ連通するように取り付けられている。
【００４４】
そして、陽極側集電板７２、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａ、膜電極接合体６、複数の両面セパレータ１Ａ〜１Ｅ、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａ、陰極側集電板７３が積層され、陽極側集電板７２の表面及び陰極側集電板７３の裏面を挟み込むようにエンドプレート７６，７７が陽極側集電板７２と陰極側集電板７３とにそれぞれ配されて、図示しないボルトにより締結され、これによって燃料電池装置５が構成されている。
なお、上記ボルトによる締結以外に、組み付け後にレーザー溶接やロウ付けなどによって、各セパレータ同士を接合することにより、接触抵抗の小さい構造としても良い。また、互いに隣接するセパレータ同士の接合面において、一方のセパレータの第一コネクタと他方のセパレータの第二コネクタとの表面に、それぞれ微細な突起を設けて弾力性を持たせた構造として、締め付け圧により高さ誤差の吸収機能を持たせた構造としても良い。
【００４５】
次に、燃料電池装置５による電力の生成について説明する。
ガス継手７８を通じて燃料電池装置５に供給されたアノードガスは、蛇行溝２２１Ａ，１２１Ａ〜１２１Ｅを流動してアノードガス排出孔２２３Ａを通り、ガス継手７８から排出される。アノードガスが蛇行溝２２１Ａ，１２１Ａ〜１２１Ｅを流動する際に、アノードガスがガス拡散層６２ａを拡散して触媒６３ａと接触すると、電気化学反応式（４）に示すように水素ガスが触媒６３aの作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４）
【００４６】
電子は、触媒６３ａ及びガス拡散層６２aを導電し、次いで、両面セパレータ１Ａ，１Ｂ，１Ｄ，１Ｅにおいては、それぞれアノード側表面導電性膜１２７Ａ，１２７Ｂ，１２７Ｄ，１２７Ｅ、アノード側内部導電性膜１３９Ａ，１３９Ｂ，１３９Ｄ，１３９Ｅ、カソード側内部導電性膜１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｄ，１３０Ｅ及びカソード側表面導電性膜１４７Ａ，１４７Ｂ，１４７Ｄ，１４７Ｅを導電して、隣接する膜電極接合体６，６，…のガス拡散層６２bに伝導する。
また、両面セパレータ１Ｃにおいては、アノード側表面導電性膜１２７Ｃ、アノード側内部導電性膜１３９Ｃ、カソード側内部導電性膜１３０Ｃ、Ｘ１の第二コネクタを介して陰極側の端子から外部回路を通って陽極側の端子から陽極側集電板７２に戻り、カソード側片面セパレータ３Ａを介して膜電極接合体６のガス拡散層６２bに伝導する。
さらに、膜電極接合体６のガス拡散層６２aにより取り出された電子は、アノード側片面セパレータ２Ａに形成されたアノード側表面導電性膜２２７Ａ、導電性膜２３１Ａ及び陰極側集電板７３を介して陰極側の端子から外部回路を通って陽極側の端子から陽極側集電板７２に戻り、カソード側片面セパレータ３Ａを介して膜電極接合体６のガス拡散層６２bに伝導する。
水素イオンは、固体高分子電解質膜６１を透過して、カソード側の触媒６３ｂに伝導する。
【００４７】
一方、ガス継手７８を通じて、酸素ガスを含むカソードガス（ここでは、空気）がカソードガス導入孔２２４Ａに供給され、膜電極接合体６，６，…のガス拡散層６２bにより蓋をされた蛇行溝１４１Ａ〜１４１Ｅ，３２１Ａを流動してカソードガス排出孔２２５Ａを通り、ガス継手７８から排出される。カソードガスが蛇行溝１４１Ａ〜１４１Ｅ，３２１Ａを流動する際に、カソードガスがガス拡散層６２ｂを拡散して触媒６３ｂと接触すると、電気化学反応式（５）に示すように触媒６３bの作用を受け、酸素と固体高分子電解質膜６１を透過した水素イオン及びガス拡散層６２bに伝導した電子とが反応し、水が生成される。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ …（５）
【００４８】
以上のようにして、それぞれの膜電極接合体６，６，…の両面において起電力が発生する。
このように、燃料電池装置５では、触媒６３ａ，６３ｂ及びガス拡散層６２a，６２bで電気化学反応（４）、（５）が起こり、またガス拡散層６２a，６２bに対応する固体高分子電解質膜６１の部分を水素イオンが透過することで、起電力を発生させる。
【００４９】
なお、上記ガス拡散層６２a，６２bは、電池の性質上不要であれば設ける必要はない。また、固体高分子電解質膜６１も、膜という形態に限らずスタック構成可能なプレート状のものとしても良い。更に、膜電極接合体６は、固体高分子電解質膜６１及びガス拡散層６２a，６２bのみを備える構成としてもよく、その場合には、触媒６３a，６３b及びガスケット６４a，６４bは、膜電極接合体６と別部材とするとよい。
【００５０】
次に、上述の両面セパレータ１Ａ〜１Ｅ、アノード側片面セパレータ２Ａ及びカソード側片面セパレータ３Ａの構成について、より詳細に説明する。
図６の(a)は、両面セパレータ１Ａを構成する第一の基板１１Ａを示し、図４の切断線a−aに沿って切断した際の平断面図、(b)及び(c)は、第二の基板１２Ａを示し、(b)は切断線b−b、(c)は切断線c−cに沿って切断した際の平断面図、(d)，(e)，(f)は、第三の基板１３Ａを示し、(d)は切断線d−d、(e)は切断線e−e、(f)は切断線f−fに沿って切断した際の平断面図、(g)及び(h)は、第四の基板１４Ａを示し、(g)は切断線g−g、(h)は切断線h−hに沿って切断した際の平断面図、(i)は第五の基板１５Ａを示し、切断線i−iに沿って切断した際の平断面図である。
両面セパレータ１Ａは、矩形板（又は正方形板）に形成した五枚の絶縁性基板１１Ａ〜１５Ａを積層してなるものである。絶縁性基板１１Ａ〜１５Ａとしては、例えば、セラミックス等が挙げられる。
両面セパレータ１Ａの表面（図４中上面）となる第一の基板１１Ａには、その中央部に両面を貫通する矩形状の開口部１１１Ａが形成されている。開口部１１１Ａは後述するアノード側表面導電性膜（第一導電層）１２７Ａを露出させ、この開口部１１１Ａの周囲には、所定間隔に八つのボルト締結用穴１１２Ａ，１１２Ａ，…が形成されている。また、ボルト締結用穴１１２Ａ，１１２Ａ，…の近傍に、開口部１１１Ａと連通しないように開口部１１１Ａから離間して、後述のアノード側内部導電性膜（第一導電層）１３１Ａを外部接続端子（図示しない）と導通させるための導電性薄膜からなる四つの第一コネクタ（第一接続端子）１１３Ａ，１１３Ａ，…が絶縁性基板１１Ａの表裏面を貫通して形成されている。
ここで、四つの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…は何れも、基板に備えられた複数の締結用穴を囲繞する最短の閉曲線内に形成されている。例えば、本第一の実施の形態においては、これらの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…は、それぞれに隣接する２つの締結用穴１１２Ａ，１１２Ａが配列される直線上に沿って設けられており、且つ、この直線と垂直な方向における該第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…の幅は各締結用穴１１２Ａ，１１２Ａ，…の幅以下となるように形成されている。後述する第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…、第三コネクタ１３９Ａ，１３９Ａ，…及び第四コネクタ１３０Ａ，１３０Ａ，…の幅も、上述の第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…と同様とされており、更に、後述する他の両面セパレータ１Ｂ，１Ｃ、アノード側片面セパレータ２Ａ及びカソード側片面セパレータ３Ａに設けられた各４つの第一〜第四コネクタも同様の構成とされる。
これによって、本実施形態のセパレータは、各基板におけるスタック方向に対して垂直な面内に四つの第一〜第四コネクタを備える構成としても、従来のセパレータの形状より大きくならないようにすることができる。
【００５１】
次に、第一の基板１１Ａの裏面（図４中下面）に当接して積層された第二の基板１２Ａは、第一の基板１１Ａと同形状をなし、その中央部に葛折り状の蛇行溝１２１Ａが形成されている。蛇行溝１２１Ａの一端部は、第二の基板１２Ａの表裏面を貫通するアノードガス導入孔１２２Ａに連通し、他端部は第二の基板１２Ａの表裏面を貫通するアノードガス排出孔１２３Ａに連通している。アノードガス導入孔１２２Ａとアノードガス排出孔１２３Ａとは、第二の基板１２の対角線上に位置している。また、アノードガス導入孔１２２Ａに、第二の基板１２Ａの短手方向中心線に対称となるようにカソードガス排出孔１２５Ａが形成され、カソードガス排出孔１２５Ａの対角線上にカソードガス導入孔１２４Ａが形成されている。これらカソードガス導入孔１２４Ａ及びカソードカス排出孔１２５Ａは、第二の基板１２Ａの表裏面を貫通している。
【００５２】
なお、アノードガスとは、燃料電池を発電するための燃料としての水素ガスを含むガスを意味し、具体的には後述の改質器４０４（図１参照）で生成された水素ガスやその他の副生成ガス（例えば、二酸化炭素ガス）等を含むガスを意味する。カソードガスとは、燃料電池を発電するための酸素ガスを含むガスを意味し、具体的には燃料電池から取り込まれる空気を意味する。アノードガスは、後述の一酸化炭素除去器４０５（図１参照）から供給され、カソードガスは後述の空気ポンプによって供給される。
【００５３】
また、蛇行溝１２１Ａの周囲を囲み、第一の基板１１Ａの開口部１１１Ａに対応する箇所に、第二の基板１２Ａの表裏面を貫通する多数の微細孔が形成されて微細孔部１２６Ａが構成されている。この微細孔部１２６Ａは、対応する開口部１１１Ａに対応する形状とされ、ここでは矩形状となっている。そして、この矩形状の微細孔部１２６Ａの表面を覆うようにアノード側表面導電性膜１２７Ａが形成されるとともに、微細孔部１２６Ａの内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。この導電材料は上述のアノード側表面導電性膜１２７Ａと同じ材料でもよく、低抵抗率の材料が望ましい。
さらに、第二の基板１２Ａには、第一の基板１１Ａのボルト締結用孔１１２Ａ，１１２Ａ，…に対応して八つのボルト締結用孔１２８Ａ，１２８Ａ，…が形成されている。また、第一の基板１１Ａに形成された四つの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…に対応して表裏面を貫通する多数の微細孔が形成されて微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…がそれぞれ構成されている。これらの微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…は、それぞれ対応する第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…に対応する形状とされ、ここでは円形状となっている。また、円形状の微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…の内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。
【００５４】
第二の基板１２Ａの裏面に当接して積層された第三の基板１３Ａは、第一及び第二の基板１１Ａ，１２Ａと同形状をなし、表面中央部には、第一の基板１１Ａの開口部１１１Ａと対応するように矩形状のアノード側内部導電性膜１３１Ａが形成されている。一方、裏面中央部にも、アノード側内部導電性膜１３１Ａと対応してカソード側内部導電性膜（第二導電層）１３２Ａが形成されている。
そして、これら両内部導電性膜１３１Ａ，１３２Ａの四隅には、アノードガス導入孔１３３Ａ、アノードガス排出孔１３４Ａ、カソードガス導入孔１３５Ａ及びカソードガス排出孔１３６Ａが第三の基板１３Ａの表裏面を貫通して形成されている。また、両内部導電性膜１３１Ａ，１３２Ａの周囲には、第一及び第二の基板１１Ａ，１２Ａのボルト締結用孔１１２Ａ，１１２Ａ，…、１２８Ａ，１２８Ａ，…に対応して八つのボルト締結用孔１３７Ａ，１３７Ａ，…が形成されている。
Ｘ１〜Ｘ４の位置には、それぞれ、第一の基板１１Ａの第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…に対応して微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…が表裏面を貫通して形成されており、これら微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…の表面を覆うように導電性薄膜からなる四つの第三コネクタ（第一接続端子）１３９Ａ，１３９Ａ，…が形成されている。これらの微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…は、それぞれ対応する第三コネクタ１３９Ａ，１３９Ａ，…に対応する形状とされ、ここでは円形状となっている。また、円形状の微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…の内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。
【００５５】
Ｘ２の第三コネクタ１３９Ａは、第三の基板１３Ａの表面上において、アノード側内部導電性膜１３１Ａに電気的に接続するように連続して形成され、アノード側内部導電性膜１３１Ａと導通している。なお、その他のＸ１、Ｘ３、Ｘ４の三つの第三コネクタ１３９Ａ，１３９Ａ，…は、アノード側内部導電性膜１３１Ａと離間して形成されており、導通していない。
また、微細孔部１３８Ａ，１３８Ａ，…の裏面を覆うように導電性薄膜からなる四つの第四コネクタ（第四接続端子）１３０Ａ，１３０Ａ，…がＸ１〜Ｘ４の位置にそれぞれ形成されている。Ｘ１の第四コネクタ１３０Ａ，１３０Ａ，…は、それぞれカソード側内部導電性膜１３２Ａに電気的に接続するように連続して形成され、カソード側内部導電性膜１３２Ａと導通している。なお、その他のＸ１、Ｘ３、Ｘ４の三つの第四コネクタ１３０Ａ，１３０Ａ，…は、カソード側内部導電性膜１３２Ａと離間して形成されており、導通していない。
【００５６】
第三の基板１３Ａの裏面に当接して積層された第四の基板１４Ａは、第一〜第三の基板１１Ａ〜１３Ａと同形状をなし、その中央部に葛折り状の蛇行溝１４１Ａが形成されている。蛇行溝１４１Ａの一端部は、第四の基板１４Ａを貫通するカソードガス導入孔１４４Ａに連通し、他端部は第四の基板１４Ａを貫通するカソードガス排出孔１４５Ａに連通している。また、上述したアノードガス導入孔１２２Ａ，１３３Ａ及びアノードガス排出孔１２３Ａ，１３４Ａに対応して、第四の基板１４Ａにもアノードガス導入孔１４２Ａ及びアノードガス排出孔１４３Ａが形成されている。
【００５７】
また、蛇行溝１４１Ａの周囲を囲み、第一の基板１１Ａの開口部１１１Ａに対応する箇所に、第四の基板１４Ａの表裏面を貫通する微細孔部１４６Ａが形成されている。そして、この微細孔部１４６Ａの表面を覆うようにカソード側表面導電性膜１４７Ａが矩形状に形成されている。この微細孔部１４６Ａは、対応する開口部１１１Ａに対応する形状とされ、ここでは矩形状となっている。また、矩形状の微細孔部１４６Ａの内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。
さらに、第四の基板１４Ａには、第一〜第三の基板１１Ａ〜１３Ａと同様に八つのボルト締結用孔１４８Ａ，１４８Ａ，…が形成され、第一〜第四コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…、１３９Ａ，１３９Ａ，…、１３０Ａ，１３０Ａ，…に対応する箇所に、表裏面を貫通する微細孔部１４９Ａ，１４９Ａ，…がそれぞれ形成されている。これらの微細孔部１４９Ａ，１４９Ａ，…は、それぞれ対応する第一〜第四コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…、１３９Ａ，１３９Ａ，…、１３０Ａ，１３０Ａ，…に対応する形状とされ、ここでは円形状となっている。また、円形状の微細孔部１４９Ａ，１４９Ａ，…の内部には導電材料が充填されることにより、ビア配線が形成されている。
【００５８】
第四の基板１４Ａの裏面に積層された第五の基板１５Ａは、第一〜第四の基板１１Ａ〜１４Ａと同形状をなし、その中央部に両面を貫通する矩形状の開口部１５１Ａが形成されている。開口部１５１Ａは第四の基板１４Ａのカソード側表面導電性膜（第二導電層）１４７Ａを露出させ、この開口部１５１Ａの周囲には、第一〜第四の基板１１Ａ〜１４Ａと同様に八つのボルト締結用孔１５２Ａ，１５２Ａ，…が形成されている。また、Ｘ１〜Ｘ４の位置には、開口部１５１Ａと連通しないように開口部１５１Ａから離間して、第三の基板１３Ａのカソード側内部導電性膜１３２Ａを外部接続端子（図示しない）と導通させるための導電性薄膜からなる四つの第二コネクタ（第二接続端子）１５３Ａ，１５３Ａ，…が形成されている。
【００５９】
そして、上述したように、第二〜第四の基板１２Ａ〜１４Ａの円形状の微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…、１３８Ａ，１３８Ａ，…、１４９Ａ，１４９Ａ，…にはビア配線が形成されていて、これによって、第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…、第三コネクタ１３９Ａ，１３９Ａ，…、第四コネクタ１３０Ａ，１３０Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…がそれぞれ接続されている。また、第一コネクタ１１３Ａ，１１３Ａ，…及び第二コネクタ１５３Ａ，１５３Ａ，…は外部接続端子（図示しない）に接続されている。さらに、Ｘ２の第三コネクタ１３９Ａがアノード側内部導電性膜１３１Ａに電気的に接続するように連続して形成されており、Ｘ２の第四コネクタ１３０Ａがカソード側内部導電性膜１３２Ａに電気的に接続するように連続しているとともに、Ｘ２の第三コネクタ１３９ＡとＸ２の第四コネクタ１３０ＡとがＸ２の微細孔部１３８Ａによって接続されることにより、互いに隣接するアノード側内部導電性膜１３１Ａとカソード側内部導電性膜１３２Ａとが導通する。
また、上述したように、第二及び第四の基板１２Ａ，１４Ａの矩形状の微細孔部１２６Ａ，１４６Ａにはビア配線が形成されていて、これによって、第二の基板１２Ａのアノード側表面導電性膜１２７Ａと第三の基板１３Ａのアノード側内部導電性膜１３１Ａ、及び、カソード側内部導電性膜１３２Ａと第四の基板１４Ａのカソード側表面導電性膜１４７Ａとが導通されている。
このようにして、アノード側内部導電性膜１３１Ａと接続されたＸ２の第三コネクタ１３９Ａと、カソード側内部導電性膜１３２Ａと接続されたＸ２の第四コネクタ１３０Ａとを備えたＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ａは、第二の基板１２Ａのアノード側表面導電性膜１２７Ａと第四の基板１４Ａのカソード側表面導電性膜１４７ＡとがＸ２の第三コネクタ１３９Ａ及びＸ２の第四コネクタ１３０Ａを介して導通している。従って、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａを挟んで配置される膜電極接合体同士は互いに電気的に直列に接続されている。
また、本実施形態のセパレータは、第二の基板１２Ａのアノード側表面導電性膜１２７Ａ及び第四の基板１４Ａのカソード側表面導電性膜１４７Ａが、何れもＸ２の第一コネクタ１１３Ａ及びＸ２の第二コネクタ１５３Ａと導通しているとともに、Ｘ２の第一コネクタ１１３Ａを介して、隣接する両面又は片面セパレータの対応する位置に設けられたコネクタと電気的に接続されている。
【００６０】
同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（例えば、上述のＸ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅ）は、何れも上述のＸ２Ｘ２両面セパレータの構成と同様の構成であるから、第二の基板のアノード側表面導電性膜と第四の基板のカソード側表面導電性膜とが導通しているので、互いに隣接した膜電極接合体同士が電気的に直列に接続される。また、第二の基板のアノード側表面導電性膜はＸｎの第一コネクタと導通し、第四の基板のカソード側表面導電性膜はＸｍ（ｎ＝ｍ）の第二コネクタと導通しているとともに、これら第二の基板のアノード側表面導電性膜及び第四の基板のカソード側表面導電性膜は、Ｘｎ（Ｘｍと表記してもよい）の第一コネクタ又は第二コネクタを介して、隣接するセパレータの表裏面何れかにおける対応する位置に設けられたコネクタと電気的に接続されている。
以上のような同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ＝ｍ）の等価回路は、一般的に、図９（ｂ）に記載する電気回路図のうち、両面セパレータ１Ａ，１Ｂ，１Ｄ，１Ｅを点線で囲んだ箇所のように表される。尚、図９については追って詳細に説明する。
【００６１】
図７(a)は、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃを構成する第一の基板１１Ｃ、(b)及び(c)は第二の基板１２Ｃ、(d)，(e)，(f)は第三の基板１３Ｃ、(g)及び(h)は第四の基板１４Ｃ、(i)は第五の基板１５Ｃを示し、(a)〜(i)は、それぞれ図２と同様の図１における切断線a−a〜i−iに沿って切断した際の平断面図である。
Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃは、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａと同様に第一〜第五の基板１１Ｃ〜１５Ｃが積層されてなり、第三の基板１３Ｃに形成された四つの第三コネクタ１３９Ｃ，１３９Ｃ，…のうち、Ｘ１の第三コネクタ１３９Ｃがアノード側内部導電性膜１３１Ｃに連続して形成され、四つの第四コネクタ１３０Ｃ，１３０Ｃ，…のうち、Ｘ４の第四コネクタ１３０Ｃがカソード側内部導電性膜１３２Ｃに連続して形成されている。なお、その他の構成は、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａと同様のため、同様の数字を付したものに英字のみをＣに変更してその説明を省略する。
このように構成されたＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃは、第一コネクタ１１３Ｃ〜第四コネクタ１５３Ｃが導電配線されているが、Ｘ１の第三コネクタ１３９Ｃがアノード側内部導電性膜１３１Ｃに連続して形成され、Ｘ４の第四コネクタ１３０Ｃがカソード側内部導電性膜１３２Ｃに連続して形成されているので、隣接するアノード側内部導電性膜１３１Ｃとカソード側内部導電性膜１３２Ｃとが導通されずに、絶縁される。その結果、異型のＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃは並列に接続されている。
このように構成されたＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃは、第一コネクタ１１３Ｃ，１１３Ｃ，…と第三コネクタ１３９Ｃ，１３９Ｃ，…とが、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａと同様に円形状の微細孔部１２９Ｃ，１２９Ｃ，…に形成されたビア配線によって互いに接続され、同様に、第三コネクタ１３９Ｃ，１３９Ｃ，…と第四コネクタ１３０Ｃ，１３０Ｃ，…とが、円形状の微細孔部１３８Ｃ，１３８Ｃ，…に形成されたビア配線によって互いに接続され、第四コネクタ１３０Ｃ，１３０Ｃ，…と第二コネクタ１５３Ｃ，１５３Ｃ，…とが、円形状の微細孔部１４９Ｃ，１４９Ｃ，…に形成されたビア配線によって互いに接続されている。また、Ｘ１の第三コネクタ１３９Ｃがアノード側内部導電性膜１３１Ｃに電気的に接続するように連続して形成され、Ｘ４の第四コネクタ１３０Ｃがカソード側内部導電性膜１３２Ｃに電気的に接続するように連続して形成されているが、Ｘ１の第三コネクタ１３９ＣとＸ４の第四コネクタ１３０Ｃとは絶縁されているので、隣接するアノード側内部導電性膜１３１Ｃとカソード側内部導電性膜１３２Ｃとが導通されずに、ひいては第二の基板１２Ｃのアノード側表面導電性膜１２７Ｃと第四の基板１４Ｃのカソード側表面導電性膜１４７Ｃとが絶縁される。その結果、詳しくは後述するが、異型のＸ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃを挟んで配置される膜電極接合体同士は互いに電気的に並列に接続されている。また、第二の基板１２Ｃのアノード側表面導電性膜１２７ＣはＸ１の第一コネクタ１１３Ｃと導通し、第四の基板１４Ｃのカソード側表面導電性膜１４７ＣはＸ４の第二コネクタ１５３Ｃと導通している。
【００６２】
異型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ≠ｍ）は、何れも上述のＸ１Ｘ４両面セパレータの構成と同様の構成であるから、第二の基板のアノード側表面導電性膜と第四の基板のカソード側表面導電性膜とが導通していないので、互いに隣接した膜電極接合体同士が電気的に絶縁されている。また、第二の基板のアノード側表面導電性膜はＸｎの第一コネクタと導通し、第四の基板のカソード側表面導電性膜はＸｍ（ｎ≠ｍ）の第二コネクタと導通しているとともに、第二の基板のアノード側表面導電性膜はＸｎの第一コネクタを介して、又、第四の基板のカソード側表面導電性膜はＸｍの第二コネクタを介して、隣接するセパレータの表裏面何れかにおける対応する位置に設けられたコネクタと電気的に接続されている。
以上のような異型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ≠ｍ）の等価回路は、一般的に、図９（ｂ）に記載する電気回路図のうち、両面セパレータ１Ｃを点線で囲んだ箇所のように表される。
【００６３】
図８の(a)は、片面セパレータ２Ａを構成する第一の基板２１Ａを示し、図５の切断線a−aに沿って切断した際の平断面図、(b)及び(c)は、第二の基板２２Ａを示し、(b)は切断線b−b、(c)は切断線c−cに沿って切断した際の平断面図、(d)は、第三の基板２３Ａを示し、切断線d−dに沿って切断した際の平断面図である。
片面セパレータ２Ａは、矩形状に形成した三枚の絶縁性基板（第一〜第三の基板２１Ａ〜２３Ａ）を積層してなるものであり、第一の基板２Ａは、第一の実施の形態のＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ａを構成する第一の基板１１Ａと同様のもので、開口部２１１Ａ、四つの第一コネクタ（第三接続端子）２１３Ａ，２１３Ａ，…、八つのボルト締結用孔２１２Ａ，２１２Ａ，…が所定箇所に形成されている。
第二の基板２２Ａは、第一の実施の形態の第二の基板１２ＡにおいてＸ２〜Ｘ４に形成された円形状の微細孔部１２９Ａ，１２９Ａ，…が設けられておらず、Ｘ１のみ円形状の微細孔部２２９Ａが形成されているものである。この第二の基板２２Ａには、その他、葛折り状の蛇行溝２２１Ａ、矩形状の微細孔部２２６Ａ、アノード側（又はカソード側）表面導電性膜（第三導電層）２２７Ａ、アノード側導入孔２２２Ａ、アノード側排出孔２２３Ａ、カソード側導入孔２２４Ａ、カソード側排出孔２２５Ａ、八つのボルト締結用孔２２８Ａ，２２８Ａ，…が、第一の実施の形態と同様の所定箇所に形成されている。
第三の基板２３Ａは、第一及び第二の基板２１Ａ，２２Ａと同形状をなし、第二コネクタ２５３Ａ，２５３Ａ，…と、第二コネクタ２５３Ａ，２５３Ａ，…に対応する箇所を除く全面を構成する導電性膜（第四導電層）２３１Ａとからなるもので、アノードガス導入孔２３３Ａ、アノードガス排出孔２３４Ａ、カソードガス導入孔２３５Ａ及びカソードガス排出孔２３６Ａ及び八つのボルト締結用孔２３７Ａ，２３７Ａ，…が、第一の実施の形態と同様の所定箇所に形成されている。第二コネクタ２５３Ａ，２５３Ａ，…は、上述の導電性膜２３１Ａと同一の部材によって構成されるとともにこの導電性膜２３１Ａと電気的に接続され、且つ、上述の第一の基板に設けられた第一コネクタ２１３Ａ，２１３Ａ，…のそれぞれに対応する位置に設けられている。
そして、第二の基板２２ＡのＸ１に形成された円形状の微細孔部２２９Ａにはビア配線が形成され、これによってＸ１における第一コネクタ２１３Ａと導電性膜２３１Ａを含む第三の基板２３Ａとが第二コネクタ２５３Ａを介して接続されることにより、これらの各構成が互いに導通している。
また、第二の基板２２Ａの矩形状の微細孔部２２６Ａにはビア配線が形成され、これによって、第二の基板２２Ａのアノード側（又はカソード側）表面導電性膜２２７Ａと導電性膜２３１Ａを含む第三の基板２３Ａとが導通されている。
なお、この片面セパレータ２Ａは、Ｘ１〜Ｘ４のうち少なくとも一箇所（上述のＸ１片面セパレータ２Ａにおいては、位置Ｘ１）における第一の基板２１Ａの第一コネクタ２１３Ａ及び第二の基板２２Ａの微細孔部２２９Ａを有する構成とすれば良い。この場合、片面セパレータ２Ａの表面に当接して配置される別の両面又は片面セパレータと第三の基板２３Ａとが当該位置（Ｘ１）においてのみ導通される。その一方で、別の両面又は片面セパレータと第三の基板２３Ａとを絶縁したい場合は、第一の基板２１Ａの第一コネクタ２１３Ａ又は第二の基板２２Ａの微細孔部２２９Ａのうち何れか一方を備えない構成とする。また、他の位置（Ｘ２〜Ｘ４）においても、後述の燃料電池装置５に適用した場合に、上記の別の両面又は片面セパレータと第三の基板２３Ａとを導通させる必要があれば、各位置における第一の基板２１Ａの第一コネクタ２１３Ａ及び第二の基板２２Ａの微細孔部２２９Ａを設けるようにしても良い。
【００６４】
また、上述のような片面セパレータにおいて、Ｘ１〜Ｘ４のうち複数箇所において、別の両面又は片面セパレータと第三の基板２３Ａとが導通するものをＸｎ，ｍ片面セパレータと言う。例えば、位置Ｘ１とＸ２とにおいて第三の基板２３Ａとが導通するものをＸ１，２片面セパレータと言う。
一般的に、Ｘｎ片面セパレータは、何れも上述のＸ１片面セパレータの構成と同様の構成であるから、第一の基板におけるＸｋ（ｋは自然数）の第一コネクタは、第三の基板の導電性膜と電気的に接続されているとともに、第一の基板におけるＸｌ（ｌは自然数。ただしｌ≠ｋ）の第三の基板の導電性膜とは電気的に絶縁されている。また、第二の基板のアノード側又はカソード側表面導電性膜は、第三の基板の導電性膜とは電気的に絶縁されている。
以上のような同型のＸｎ片面セパレータ（ｎは自然数）の等価回路は、一般的に、図９（ｂ）に記載する電気回路図のうち、片面セパレータ２Ａ又は片面セパレータ３Ａを点線で囲んだ箇所のように表される。
【００６５】
次に、以上の構成を有するセパレータ及び燃料電池装置の作用を説明する。
図９(a)は、本実施の形態の燃料電池装置５のセパレータの配列を示した模式図であり、図中のＸｎＸｍ又はＸｎ（ｎ、ｍは１乃至４の自然数）は、上述のセパレータの構成を表す指数である。図９(b)は、本実施の形態の燃料電池装置５の積層方向の電気的接続を表す電気回路図、図９(c)は、本実施の形態の燃料電池装置５の等価回路図である。
図９(b)のうち直線は配線等の電気的接続を示し、直線同士の交差位置における●は、これらの配線等同士が電気的に接続されていることを示す。また、図における左右方向に延びる４本の直線は、上から電位が高い順に配列して記載している。また、これらの直線の左右端部における●は、外部回路に接続される端子を示すとともに、○は、外部回路に接続されない端子を示している。また、点線で囲繞された部分がそれぞれ両面セパレータ又は片面セパレータに対応しており、これらの囲繞された部分同士の間がそれぞれ膜電極接合体に対応していて、各膜電極接合体の部分に記載された電池の回路記号は、これらの各部分において起電力が発生することを表している。
なお、図中セル６とは、カソード側片面セパレータ３ＡとＸ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅと、これらの間に挟まれる膜電極接合体６からなる燃料電池セル（セル構造）のことを言う。同様にして、セル５は、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｅ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄ、膜電極接合体６からなる燃料電池セル、セル４は、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ｄ、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃ、膜電極接合体６からなる燃料電池セル、セル３は、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１Ｃ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂ、膜電極接合体６からなる燃料電池セル、セル２は、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１Ｂ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａ、膜電極接合体６からなる燃料電池セル、セル１は、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１Ａ、アノード側片面セパレータ２Ａ、膜電極接合体６からなる燃料電池セルとする。
図９(c)に示すように、上述のように組み合わせてなるスタック構造では、セル６とセル３、セル５とセル２、セル４とセル１とがそれぞれ並列接続され、これら三つの並列接続が互いに直列接続となっている。
したがって、並列接続された二つのセル電流値の合計はそれぞれ同じ値となる（Ｉ＝Ｉ６＋Ｉ３＋Ｉ５＋Ｉ２＋Ｉ４＋Ｉ１）。また、並列接続された二つのセル電圧は同じ値となる（Ｖ６＝Ｖ３、Ｖ５＝Ｖ２、Ｖ４＝Ｖ１）。
【００６６】
また、以上のようにして複数の燃料電池セルが積層されてなる燃料電池装置５は、積層前に個々の燃料電池セルが互いに同じ出力性能である場合でも、これらの燃料電池セルを積層し、燃料電池装置５として稼働する状態においては、その設計や運転方法などにより各燃料電池セルによって出力性能がばらつく傾向がある。また、そのばらつきは、燃料電池の積層方向における各燃料電池セルのスタック位置に依存する場合が多い。このように、上記燃料電池装置５において出力性能がばらつく例を図１０(a)，(b)に示した。尚、この場合、出力性能は、同じ電流を流したときの電圧とする。
図１０(a)，(b)はそれぞれ、縦軸方向が各燃料電池セルの積層方向を表し、横軸方向において右側の方が出力性能が大きいことを表す。また、図中▲は、縦軸方向の左側に示した各セル１〜６の出力性能を表している。具体的には、図１０(a)は、セルスタック７１の両端側のセルから中央側のセルへと徐々に性能が上がる例であり、図１０(b)は、セルスタック７１の中央側のセルから両端側のセルへと徐々に性能が上がる例である。
ここで、上述した本実施の形態の燃料電池装置５は、図１０における右側への引出線によって関連づけられた各２つのセルがそれぞれ並列とされている。具体的には、セル６とセル３、セル５とセル２、セル４とセル１がそれぞれ並列とされている。このような接続構成を図１０(a)や(b)のような出力性能を有するセル１〜６に適用することにより、出力性能の高いセルと出力性能の低いセルとが互いに組み合わされることになる。この場合、図２７に示したように、低い性能のセルに対して高い性能のセルが負荷を補うようになり、発電限界に達するセルの発生を防ぐと同時に全体の出力低下を最小限にとどめることができるようになっている。
【００６７】
以上のように、本発明の実施の形態の燃料装置５によれば、カソード側Ｘ３片面セパレータ３Ａ、膜電極接合体６、複数の両面セパレータ１Ａ〜１Ｅ、アノード側片面セパレータ２Ａを適宜組み合わせて積層し、アノードガス及びカソードガスを流入することにより、膜電極接合体６を二つ並列接続し、並列接続した膜電極接合体６のグループを三つ直列接続するので、上述のセル構造同士を外部配線を設けることなく、直列又は並列、又はその両方を含む接続とすることができる。更に、各基板に設けられる複数のコネクタは何れも、基板に備えられた複数の締結用穴を囲繞する最短の閉曲線内に形成されているので、従来のセパレータの形状を大きくすることなく、これらのコネクタを備える構成とすることができる。
また、セル構造同士を並列接続することにより、スタックの積層位置において性能差の傾向が発生している場合でも、その性能差を補う作用により、高出力で安定した燃料電池装置５とすることができる。さらに、このような燃料電池装置５は、セル構造同士を直列又は並列接続する場合に、外部配線を設ける必要がないので、組立工程が少ないセパレータ及び燃料電池装置を提供することができる。
【００６８】
上述したように、同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ＝ｍ）の等価回路は図９（ｂ）の１Ａ、１Ｂ、１Ｄ、１Ｅ、異型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ≠ｍ）の等価回路は図９（ｂ）の１Ｃ、Ｘｎ片面セパレータの等価回路は２Ａ、３Ａのようになる。この図から、上述したような燃料電池装置５において、内部における膜電極接合体同士の電気的接続を一般的に構成するためには、以下の条件を満たすように構成するとよいことがわかる。
第一に、一の膜電極接合体と他の膜電極接合体とが直列に接続される場合は、一の膜電極接合体のうち他の電極と当接するセパレータをＸｉＸｍ両面セパレータ又はＸｉ片面セパレータとするとともに、他の膜電極接合体のうち一の電極と当接するセパレータをＸｎＸｉ両面セパレータ又はＸｉ片面セパレータとする（以下、第一の条件と言う。）。
第二に、一の膜電極接合体と他の膜電極接合体とが並列に接続される場合は、一の膜電極接合体の一の電極と当接するセパレータをＸｎＸｉ両面セパレータ又はＸｉ片面セパレータとするとともに、他の膜電極接合体の一の電極と当接するセパレータをＸｍＸｉ両面セパレータ又はＸｉ片面セパレータとし、且つ、一の膜電極接合体の他の電極と当接するセパレータをＸｊＸｍ両面セパレータ又はＸｊ片面セパレータとするとともに、他の膜電極接合体の他の電極と当接するセパレータをＸｊＸｎ両面セパレータ又はＸｊ片面セパレータとする（以下、第二の条件と言う。）。
【００６９】
ここで、上述したものとは異なる出力性能のばらつきを示す他の燃料電池装置について、セパレータのスタック順序と種類を変更して構成する例を説明する。
［変形例１−１］
以下に具体例として、図１１を参照して説明する。
この燃料電池装置は、第一の実施の形態と同様、６個のセルを積層したものであり、運転時に図１１(a)のような出力性能を呈するものであるとする。この場合、上述したように、出力性能の大きいセルと出力性能の小さいセルとを並列に接続するとよい。その場合の等価回路を図１１(b)に示す。尚、以下では、セパレータの構成を理解しやすくするために図１１(b)の等価回路図に対応する電気的接続の模式図である図１１(c)を参照して説明する。図１１(d)は、燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
図１１に示すように、燃料電池装置５Ａは、その一方の端部側から順にカソード側Ｘ１片面セパレータ３０１、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０１Ｅ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０１Ｄ、Ｘ４Ｘ３両面セパレータ１０１Ｃ、Ｘ４Ｘ２両面セパレータ１０１Ｂ、Ｘ３Ｘ１両面セパレータ１０１Ａ、アノード側Ｘ２片面セパレータ２０１が、各セパレータ間に膜電極接合体６０１，６０１，…を挟んだ状態で積層されている。
【００７０】
図中、セル６とはカソード側Ｘ１片面セパレータ３０１とＸ２Ｘ２両面セパレータ１０１Ｅと、これらの間に挟まれる膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル（セル構造）のことを言う。同様にして、セル５は、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０１Ｅ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０１Ｄ、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル、セル４は、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０１Ｄ、Ｘ４Ｘ３両面セパレータ１０１Ｃ、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル、セル３は、Ｘ４Ｘ３両面セパレータ１０１Ｃ、Ｘ４Ｘ２両面セパレータ１０１Ｂ、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル、セル２は、Ｘ４Ｘ２両面セパレータ１０１Ｂ、Ｘ３Ｘ１両面セパレータ１０１Ａ、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セル、セル１は、Ｘ３Ｘ１両面セパレータ１０１Ａ、アノード側Ｘ２片面セパレータ２０１、膜電極接合体６０１からなる燃料電池セルとする。
ここで、上述の両面又は片面セパレータ構成とする手順を以下に記載する。
まず、任意の一のセル、例えばセル６に着目し、セル６のアノード電極と当接する片面セパレータをＸｉ片面セパレータ３０１及びＸｊＸ両面セパレータとする。ここで、ｉ，ｊ，ｋ，ｌは何れも、互いに異なる１乃至４の自然数であり、添字のないＸはコネクタ位置が現時点で不定であることを表す。
図１１(b)より、セル６は、セル５及びセル２と直列接続されているから、これらのセルに当接する各セパレータに対して上述の第一の条件を適用すると、膜電極接合体６０１のアノード電極と当接する両面セパレータ１０１ＥをＸＸｊ両面セパレータとし、膜電極接合体６０１のアノード電極と当接する両面セパレータ１０１ＢをＸＸｊとすることができる。更に、セル６は、セル１と並列接続されているから、セル１に当接する各セパレータに対して上述の第二の条件を適用すると、膜電極接合体６０１のアノード電極と当接する両面セパレータ１０１ＡをＸＸｉ両面セパレータとし、膜電極接合体６０１のカソード電極と当接する片面セパレータ２０１をＸｊ片面セパレータとすることができる。
ここで、簡単のために、セパレータのコネクタ位置を表す指数を抽出した配列を用いて、以下に説明する。この場合、上述の条件を配列で表すと式(1)のように決まる。上述の条件によりコネクタ位置が決定できない場合は「−」で表記している。
（ｉ，ｊ，ｊ，−，−，−，−，−，−，−，ｉ，ｊ） … (1)
次に、セル５に着目すると、セル５はセル４及びセル３と直列接続されるとともに、セル２と並列接続されるので、同様の手順により配列は式(2)のように決まる。
（ｉ，ｊ，ｊ，ｋ，ｋ，−，−，−，ｊ，ｋ，ｉ，ｊ） … (2)
更に、セル４に着目すると、セル４はセル３と並列接続されるので、同様の手順により配列は式(3)のように決まる。
（ｉ，ｊ，ｊ，ｋ，ｋ，ｌ，ｋ，ｌ，ｊ，ｋ，ｉ，ｊ） … (3)
最後に、ｉ，ｊ，ｋ，ｌを何れも、互いに異なる１乃至４の自然数となるように任意に割り当てることにより、図１１(d)に示した燃料電池装置の等価回路図１１(b)を、例えば式(4)のように構成することができる。ただし、ｉ，ｊ，ｋ，ｌに１乃至４の自然数を割り当てる組み合わせは、順列的に適宜変更してもよい。
（１，２，２，３，３，４，３，４，２，３，１，２） … (4)
尚、本変形例の燃料電池装置は、上述のように各セパレータを組み合わせて接続することにより、並列接続された三組が直列に接続されるので、並列接続された一組から得られる電圧の約３倍の電圧が得られる。
また、上述の第一及び第二の条件を満たすように構成された燃料電池装置は、２つの回路構成を直列接続する場合には少なくとも２つのコネクタが必要となることから、ｎ個の回路構成を直列に接続する場合、少なくともｎ＋１個のコネクタが必要となることがわかる。従って、本変形例の場合には三組のみ直列に接続することからｎ＋１＝４個のコネクタ（Ｘ１〜Ｘ４）があれば足りることがわかる。
【００７１】
上記変形例１−１と同様に、図１２(a)〜１５(a)のような出力性能を呈する他の変形例である燃料電池装置においては、図１２(b)〜１５(b)にそれぞれ示す通りの等価回路を構成すればよく、更に、図１２(c)〜１５(c)にそれぞれ示す通りのセパレータ構成とすればよいことがわかる。
具体的には、図１２に示す燃料電池装置は、その一方の端部側から順に、冷却層、カソード側Ｘ１片面セパレータ３０２、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０２Ｌ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０２Ｋ、Ｘ７Ｘ１両面セパレータ１０２Ｊ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０２Ｉ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０２Ｈ、Ｘ７片面セパレータ１０２Ｇ、冷却層、Ｘ４片面セパレータ１０２Ｆ、Ｘ５Ｘ５両面セパレータ１０２Ｅ、Ｘ６Ｘ６両面セパレータ１０２Ｄ、Ｘ７Ｘ４両面セパレータ１０２Ｃ、Ｘ５Ｘ５両面セパレータ１０２Ｂ、Ｘ６Ｘ６両面セパレータ１０２Ａ、アノード側Ｘ７片面セパレータ２０２、冷却層が、各セパレータ間に膜電極接合体６０２，６０２，…を挟んだ状態で積層されている。このように組み合わされてなるスタック構造では、セル１２（セル構造）とセル９、セル１１とセル８、セル１０とセル７、セル６とセル３、セル５とセル２、セル４とセル１とがそれぞれ並列接続され、これら六つの並列接続が互いに直列接続となっている。
【００７２】
図１３に示す燃料電池装置は、その一方の端部側から順に、冷却層、カソード側Ｘ１片面セパレータ３０３、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０３Ｌ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０３Ｋ、Ｘ４Ｘ４両面セパレータ１０３Ｊ、Ｘ５Ｘ５両面セパレータ１０３Ｉ、Ｘ６Ｘ６両面セパレータ１０３Ｈ、Ｘ７片面セパレータ１０３Ｇ、冷却層、Ｘ４片面セパレータ１０３Ｆ、Ｘ５Ｘ５両面セパレータ１０３Ｅ、Ｘ６Ｘ６両面セパレータ１０３Ｄ、Ｘ７Ｘ１両面セパレータ１０３Ｃ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０３Ｂ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０３Ａ、アノード側Ｘ４片面セパレータ２０３、冷却層が、各セパレータ間に膜電極接合体６０３，６０３，…を挟んだ状態で積層されている。このように組み合わされてなるスタック構造では、セル９（セル構造）とセル６、セル８とセル５、セル７とセル４、セル１２とセル３、セル１１とセル２、セル１０とセル１とがそれぞれ並列接続され、これら六つの並列接続が互いに直列接続となっている。
【００７３】
図１４に示す燃料電池装置は、その一方の端部側から順に、カソード側Ｘ１片面セパレータ３０４、Ｘ２Ｘ１両面セパレータ１０４Ｅ、Ｘ２Ｘ１両面セパレータ１０４Ｄ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０４Ｃ、Ｘ３Ｘ２両面セパレータ１０４Ｂ、Ｘ３Ｘ２両面セパレータ１０４Ａ、アノード側Ｘ３片面セパレータ２０４が、各セパレータ間に膜電極接合体６０４，６０４，…を挟んだ状態で積層されている。このように組み合わされてなるスタック構造では、セル４（セル構造）とセル５とセル６、セル１とセル２とセル３がそれぞれ並列接続され、これら二つの並列接続が互いに直列接続となっている。
【００７４】
図１５に示す燃料電池装置は、表面から順に、カソード側Ｘ１片面セパレータ３０５、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０５Ｃ、Ｘ３Ｘ２両面セパレータ１０５Ｂ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０５Ａ、アノード側Ｘ４片面セパレータ２０４が、各セパレータ間に膜電極接合体６０５，６０５，…を挟んだ状態で積層されている。このように組み合わされてなるスタック構造では、セル２（セル構造）とセル３が並列接続され、この並列接続と、セル１と、セル４とが互いに直列接続となっている。
【００７５】
［変形例１−２］
図１６は、四枚の絶縁性基板１１Ｆ，１２Ｆ、１６Ｆ、１５Ｆを積層してなるＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ｆを図３のIVb−IVb切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
この変形例の両面セパレータ１Ｆは、上述した五枚の絶縁性基板１１Ａ〜１５ＡからなるＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ａにおける内部導電性膜１３１Ａと同様の内部導電性膜１３１Ｆを一層のみ備えており、両面セパレータ１Ａにおける内部導電性膜１３２Ａと同様の内部導電性膜は設けられていない。本変形例１−２の両面セパレータ１Ｆは、上述した第一の実施の形態の両面セパレータ１Ａと対比した場合、両面セパレータ１Ａの第三の基板１３Ａと第四の基板１４Ａとを一枚の絶縁性基板１６Ｆとするとともに、両面セパレータ１Ａの内部導電性膜１３１Ａ，１３２Ａのうち一方と当該内部導電性膜と同一面上に形成された第三コネクタ１３９Ａ又は第四コネクタ１３０Ａの何れか一方が省略されているものである。なお、図１６中、絶縁性基板１１Ｆ，１２Ｆ，１５Ｆにおいては、両面セパレータ１Ａと同様の構成部分については同一の数字を用いるとともに末尾に英字Ｆを付している。この場合、Ｘ２の第一コネクタ１１３Ｆ及びＸ２の第三コネクタ１３９Ｆと、アノード側表面導電性膜１２７Ｆ及びカソード側表面導電性膜１４７Ｆとが、内部導電性膜１３１Ｆとビア配線とを介して互いに電気的に接続されている。
この変形例においては、第一コネクタ１１３Ｆと内部導電性膜１３１Ｆとが接続される位置Ｘｎと、第二コネクタ１３９Ｆと内部導電性膜１３１Ｆとが接続される位置Ｘｍとが、構造上必ず同じ位置となるので、本変形例の両面セパレータ１Ｆは、同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ただし、ｎ，ｍはｎ＝ｍである１乃至４の自然数）となる。
【００７６】
［変形例１−３］
図１７は、三枚の絶縁性基板１１Ｇ，１７Ｇ，１５Ｇを積層してなるＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ｇを図３のIVb−IVb切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
この変形例のＸ２Ｘ２両面セパレータ１Ｇは、内部導電性膜を備えない構成とした変形例である。本変形例１−３の両面セパレータ１Ｇは、上述した第一の実施の形態のの両面セパレータ１Ａと対比した場合、両面セパレータ１Ａの第二の基板１２Ａ、第三の基板１３Ａ及び第四の基板１４Ａが、一枚の絶縁性基板１７Ｇとするとともに、両面セパレータ１Ａの内部導電層１３１Ａ，１３２Ａ、第三コネクタ１３９Ａ及び第四コネクタ１３０Ａが何れも省略されているものである。なお、図１７中、絶縁性基板１１Ｇ，１５Ｇにおいては、両面セパレータ１Ａと同様の構成部分については同一の数字を用いるとともに末尾に英字Ｇを付している。
詳細には、絶縁性基板１７Ｇの表面上において、表面導電性膜１２７ＧがＸ２の第一コネクタ１１３Ｇと対向する位置まで延在して形成されてこの対向位置における表面導電性膜１２７Ｇが第三コネクタ１３９Ｇとされ、これらのＸ２の第一コネクタ１１３ＧとＸ２の第三コネクタ１３９Ｇとが当接することによって、表面導電性膜１２７ＧとＸ２の第一コネクタ１１３Ｇとが電気的に接続されている。
同様に、絶縁性基板１７Ｇの裏面上において、表面導電性膜１４７ＧがＸ２の第二コネクタ１５３Ｇと対向する位置まで延在して形成されてこの対向位置における表面導電性膜１４７Ｇが第四コネクタ１３０Ｇとされ、これらのＸ２の第二コネクタ１５３ＧとＸ２の第四コネクタ１３０Ｇとが当接することによって、表面導電性膜１４７ＧとＸ２の第二コネクタ１５３Ｇとが電気的に接続されている。
上述の構成により、Ｘ２の第一コネクタ１１３Ｇ及びＸ２の第二コネクタ１５３Ｇと、表面導電性膜１２７Ｇ，１４７Ｇとが、ビア配線を介して互いに電気的に接続されている。
また、この変形例において、第一コネクタ１１３Ｇと表面導電性膜１２７Ｇとが接続される位置Ｘｎと、第二コネクタ１５３Ｇと表面導電性膜１４７Ｇとが接続される位置Ｘｍとにおいて、ｎ＝ｍとなるようにこの両面セパレータを構成した場合には同型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ＝ｍ）に対応するものとなり、ｎ≠ｍとなるようにこの両面セパレータを構成した場合には異型のＸｎＸｍ両面セパレータ（ｎ≠ｍ）に対応するものとなる。
【００７７】
［変形例１−４］
図１８(a)は、五枚の絶縁性基板１１Ｈ〜１５Ｈを積層してなるＸ２，４Ｘ２，４両面セパレータ１Ｈを図３のIVb−IVb切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、図１８(b)はＸ２，４Ｘ２，４両面セパレータ１Ｈを図３のIVc−IVc切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。本変形例においては、位置Ｘ２及び位置Ｘ４の第三コネクタ１３９Ｈ及び第四コネクタ１３０Ｈが何れも、アノード側内部導電性膜１３１Ｈ及びカソード側内部導電性膜１３２Ｈに接続されている。これにより、アノード側表面導電性膜１２７Ｈとカソード側表面導電性膜１４７Ｈとが内部導電性膜１３１Ｈ，１３２Ｈを介して、直列に接続される。また、図１８中、五枚の絶縁性基板１１Ｈ〜１５Ｈにおいて、上述した両面セパレータ１Ａの第一〜第五の基板１５Ｈと同様の構成部分については同一の数字を用いるとともに末尾に英字Ｈを付している。ここで、上述の表記「Ｘ２，４Ｘ２，４両面セパレータ」のうちＸに付したカンマ区切りの下付き添数字（ここでは、２及び４）は、両面セパレータ１Ｈの内部導電層１３１Ａが第三コネクタと位置２及び位置４の両方において接続されるとともに、内部導電層１３２Ａが第四コネクタと位置２及び位置４において電気的に接続されていることを表すものである。
なお、内部導電性膜１３１Ｈと第三コネクタ１３９Ｈ及び第四コネクタ１３０Ｈとを２つ以上の位置で接続し、内部導電性膜１３２Ｈと第三コネクタ１３９Ｈ及び第四コネクタ１３０Ｈとをこれら２つ以上の位置と何れも異なる位置で接続することにより、アノード側表面導電性膜１２７Ｈとカソード側表面導電性膜１４７Ｈとを並列に接続することもできる。
また、内部導電性膜１３１Ｈ，１３２Ｈと第三コネクタ１３９Ｈ又は第四コネクタ１３０Ｈとが接続される位置は、上述の組み合わせに限らず、適宜変更してもよい。
本変形例では、複数のビア配線を介して電気回路を構成するため、電気抵抗を低減することができ、ひいては燃料電池装置の発電効率を上げることができる。
【００７８】
［変形例１−５］
図１９(a)は、二枚の絶縁性基板１１Ｊ、１２Ｊを積層してなるＸ２片面セパレータ１Ｊを図３のIVb−IVb切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、図１９(b)は、Ｘ２片面セパレータ１Ｊを図３のIVc−IVc切断線に沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。図１９に示す片面セパレータ１Ｊは、図１７の変形例と同様に表面導電性膜１２７Ｊをコネクタ形成位置まで延在して形成することによって、第一のコネクタ１１３Ｊと表面導電性膜１２７Ｊとが接続される構成とするとともに、上述した両面セパレータ１Ａの第三の基板１３Ａ〜第五の基板１５Ａが排除されたものである。本変形例の表面導電性膜１２７Ｊは位置Ｘ２の第一コネクタ１１３Ｊと接続される一方で、他の位置Ｘ１，Ｘ３，Ｘ４の第一コネクタ１１３Ｊ，１１３Ｊ，…とは接続されない。
なお、片面セパレータ１Ｊの裏面、即ち、表面導電性膜１２７Ｊが形成されていない側の表面には、第二コネクタ１５３Ｊ，１５３Ｊ，…が露出して形成され、これらの第二コネクタ１５３Ｊ，１５３Ｊ，…は何れも、片面セパレータ１Ｊ内部に形成されたビア配線及び第三コネクタ１３９Ｊ，１３９Ｊ，…によって、第一のコネクタ１１３Ｊ，１１３Ｊ，…と接続されている。
上述のような片面セパレータを２つ（例えば、Ｘ２片面セパレータとＸ３片面セパレータ）を組み合わせることによって、これまでに記載した両面セパレータと同様に、隣接する膜電極接合体同士を直列又は並列に接続するように機能させることができる。この場合、Ｘ２片面セパレータの第四コネクタと、Ｘ３片面セパレータの第四コネクタとが対向するように配置し、互いに対応する位置に設けられた第四コネクタ同士を当接させて接続することによって、隣接する片面セパレータ同士の電気的接続を確立する。
なお、上述の通り、一方の片面セパレータは、その片面セパレータが備える第三のコネクタと他方の片面セパレータの第三のコネクタとが対向及び当接するように上下反転した上で、他方の片面セパレータと電気的に接続されるように設ける必要がある。このとき、片面セパレータの裏面上に形成される第三のコネクタは、その裏面上において、矩形状または正方形状の片面セパレータの対向する２辺の中点を結ぶ線分に対して線対称に設ける構成とすると、この構成とされた片面セパレータ同士は、何れを組み合わせても第三のコネクタ同士をそれぞれ当接させることができる。
この変形例の場合、２つの片面セパレータを第四コネクタ同士がそれぞれ当接するように配置した際に、各片面セパレータにおいて表面導電性膜と第一コネクタとが同じ位置で接続されている場合（例えば、上述のＸ２片面セパレータとＸ３片面セパレータの組み合わせ）、隣接する膜電極接合体同士はこれらの片面セパレータによって直列に接続される。同様に、各片面セパレータにおいて表面導電性膜と第一コネクタとが異なる位置で接続されている場合（例えば、上述のＸ２片面セパレータとＸ４片面セパレータの組み合わせ）、隣接する膜電極接合体同士がこれらの片面セパレータによって並列に接続される。
なお、上記何れの変形例においても、上記第一の実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７９】
［第二の実施の形態］
第一の実施の形態では、図２に示すようにカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａの表面に陽極側集電板７２及びエンドプレート７６を設け、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａの裏面に陰極側集電板７３及びエンドプレート７７を設ける構成としたが、第二の実施の形態では、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋは、第三の基板３３Ｋの表面に陽極側集電板及びエンドプレートが一体に形成された第六の基板３６Ｋが設けられ（図２０参照）、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋは、第三の基板２３Ｋの裏面に陰極側集電板及びエンドプレートが一体に形成された第七の基板２７Ｋが設けられている（図２１参照）。
なお、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋ及びアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋにおいて、第一の実施の形態のカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａ及びアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａと同様の構成部分には同一の数字にローマ字Ｋを付してその説明を省略する。
【００８０】
図２０(a)は、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋを構成する第五の基板３５Ｋ、(b)及び(c)は第四の基板３４Ｋ、(d)は第三の基板３３Ｋ、(e)は第六の基板３６Ｋを示し、(a)〜(d)は、それぞれ図８と同様の図５における切断線a−a〜d−dに沿って切断した際の平断面図、(e)も図示しないが同様にして切断した際の平断面図、(f)は、(e)における切断線f−fに沿って切断した際の矢視断面図である。
また、図２１(a)は、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋを構成する第一の基板２１Ｋ、(b)及び(c)は第二の基板２２Ｋ、(d)は第三の基板２３Ｋ、(e)は第七の基板２７Ｋを示し、(a)〜(d)は、それぞれ図８と同様の図５における切断線a−a〜d−dに沿って切断した際の平断面図、(e)も図示しないが同様にして切断した際の平断面図、(f)は、(e)における切断線f−fに沿って切断した際の矢視断面図である。
【００８１】
図２０に示すように、カソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋは、第一の実施の形態のカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａと同様に第三の基板３３Ｋ、第四の基板３４Ｋ、第五の基板３５Ｋを有し、さらに、第三の基板３３Ｋの表面に絶縁性の第六の基板３６Ｋが積層されている。第六の基板３６Ｋには、第三の基板３３Ｋのアノードガス導入孔３３３Ｋ、アノードガス排出孔３３４Ｋ、カソードガス導入孔３３５Ｋ及びカソードガス排出孔３３６Ｋに連通するガス継手３６１Ｋ，３６１Ｋ，…が表面に突出して設けられている。また、八つのボルト締結用穴３６２Ｋ，３６２Ｋ，…が所定箇所に形成されている。さらに、第六の基板３６Ｋの短手方向左側縁部には、第三の基板３３Ｋの導電性膜３３１Ｋを露出する矩形状の切欠部３６３Ｋが形成され、この切欠部３６３Ｋに導電性膜３３１Ｋと導通する電気外部取り出し部（外部端子）３６４Ｋが第六の基板３６Ｋの表面から突出して設けられている。電気外部取り出し部３６４Ｋは、例えば、上述した燃料電池装置５における陽極側の端子に接続されるようになっている。ここで、第三の基板３３Ｋの導電性膜３３１Ｋのうち、第五の基板３５Ｋに設けられた複数の第一コネクタ３１３Ｋ，３１３Ｋ，…に対応する箇所を、第二コネクタ（第二接続端子）３５３Ｋ，３５３Ｋ，…としている。
【００８２】
一方、図２１に示すように、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋは、第一の実施の形態のアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ａと同様に第一の基板２１Ｋ、第二の基板２２Ｋ、第三の基板２３Ｋを有し、さらに、第三の基板２３Ｋの裏面に第七の基板２７Ｋが積層されている。第七の基板２７Ｋには、八つのボルト締結用穴２７１Ｋ，２７１Ｋ，…が所定箇所に形成されている。さらに、第七の基板２７Ｋの短手方向左側縁部には、第三の基板２３Ｋの導電性膜２３１Ｋを露出する切欠部２７２Ｋが形成され、この切欠部２７２Ｋに導電性膜２３１Ｋと導通する電気外部取り出し部２７３Ｋが第七の基板２７Ｋの裏面から突出して設けられている。電気外部取り出し部（外部端子）２７３Ｋは、例えば、上述した燃料電池装置５における陰極側の端子に接続されるようになっている。ここで、第三の基板２３Ｋの導電性膜２３１Ｋのうち、第一の基板２１Ｋに設けられた複数の第一コネクタ２１３Ｋ，２１３Ｋ，…に対応する箇所を、第二コネクタ（第二接続端子）２５３Ｋ，２５３Ｋ，…としている。
【００８３】
そして、上記図２０に示すカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋを、第一の実施の形態におけるカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ａの代わりに使用し、上記図２１に示すアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋを、第一の実施の形態におけるアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋの代わりに使用しても良い。このような集電機能とセパレータとしての両方の機能を備えたカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｋ及びアノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｋを使用することにより、片面セパレータに別途集電板を設ける必要がなく、部品点数を減らすことができ、燃料電池装置の小型化を図ることができる。
【００８４】
なお、上述のような第六の基板３６Ｋや第七の基板２７Ｋを備えたＸ４片面セパレータ３Ｋ、Ｘ１片面セパレータ２Ｋは、一般的に表されるＸｎ片面セパレータに適用することができることは言うまでもない。また、本第二の実施の形態に係る各片面セパレータと、上記第一の実施の形態に係る各両面セパレータとを組み合わせて使用することによって、上記第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００８５】
［第三の実施の形態］
図２２〜図２５に、第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌの構成例を示す。本第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌにおいては、高電圧側及び低電圧側の電気の取り出し口をともに、燃料電池装置５Ｌのアノード側の端部に設けたものである。
図２２は、燃料電池装置５Ｌを図２４の切断線XXIVｂ−XXIVｂに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌは、図２に示す第一の実施の形態の燃料電池装置５と対比すると、アノード側片面セパレータ２Ｌ、カソード側片面セパレータ３Ｌ、陽極側集電板７３Ｌ及び陰極側集電板７２Ｌの構成だけが異なっており、それ以外の構成は同じであるので、図２２においては、上述の燃料電池装置５の符号と同一のものを付している。
図２２に示すように、燃料電池装置５Ｌの陽極側集電板７２Ｌは、高電圧側及び低電圧側の両方の外部端子が設けられる。一方、陰極側集電板７３Ｌは、外部端子を備えていない。なお、本第三の実施の形態においては、陰極側集電板７３Ｌは備えない構成としてもよい。
図２３(a)は、第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌのセパレータの配列を示した模式図であり、図中のＸｎＸｍ又はＸｎ（ｎ、ｍは１乃至４の自然数）は、上述の第一の実施の形態と同様、セパレータの構成を表す指数である。図２３(b)は、燃料電池装置５Ｌの積層方向の電気的接続を表す電気回路図、図２３(c)は、燃料電池装置５Ｌの等価回路図である。
図２３(a)に示すように、燃料電池装置５Ｌは、その一方の端部側から順にカソード側Ｘ４片面セパレータ３Ｌ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０６Ｅ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０６Ｄ、Ｘ１Ｘ４両面セパレータ１０６Ｃ、Ｘ３Ｘ３両面セパレータ１０６Ｂ、Ｘ２Ｘ２両面セパレータ１０６Ａ、アノード側Ｘ１片面セパレータ２Ｌが、各セパレータ間に膜電極接合体６０６，６０６，…を挟んだ状態で積層されたスタック構造となっている。また、本第三の実施の形態の燃料電池装置５Ｌが備えるセパレータは何れも、上述の第一の実施の形態と同じ配列であるが、後述するように、端部にそれぞれ配置されるＸ１片面セパレータ２ＬとＸ４片面セパレータ３Ｌの内部における端子と内部導電性膜間の接続が異なっている。
【００８６】
図２３(b)に示すように、上述のように組み合わせてなるスタック構造では、上述の第一の実施の形態における燃料電池装置５と同様に、セル６（セル構造）とセル３、セル５とセル２、セル４とセル１とがそれぞれ並列接続され、これら三つの並列接続が互いに直列接続となっている。本第三の実施の形態においては、カソード側の端部に高電圧側及び低電圧側の両方の外部端子を設けることができる。この場合、図２３における位置Ｘ１の第二接続端子が低電圧側の外部端子となり、位置Ｘ４の第２接続端子及び内部導電層が高電圧側の接続端子となる。そして、これらの接続端子が、それぞれ陽極側集電板７２Ｌに設けられた内部配線を介して、陽極側集電板における外面に露出した端部に設けられた外部端子と接続されており、これらの外部端子と燃料電池システムの電圧取り入れ用の端子とが接続されることによって、燃料電池システムに電力が供給される。
【００８７】
図２４(a)は、第三の実施の形態のアノード側の端部に配置されるＸ１片面セパレータ２Ｌ、図２４(b)は、図２４(a)のXXIVb-XXIVb切断線に沿った断面、図２４(c)は、図２４(a)のXXIVc-XXIVc切断線に沿った断面を示す。また、図２５(a)は、第三の実施の形態におけるカソード側片面セパレータ３Ｌの平面図、図２５(b)は、図２５(a)のXXVb-XXVb切断線に沿った断面、図２５(c)は、図２５(a)のXXVc-XXVc切断線に沿った断面を示す。なお、カソード端部側には、陰極側集電板７３Ｌの代わりに、絶縁基板が配置されており、Ｘ１片面セパレータ２Ｌは、後述の通り、Ｘ１Ｘ１両面セパレータ１０６Ａとだけ電気的に接続されている。
図２４(a)〜(c)に示すように、アノード側のＸ１片面セパレータ２Ｌは、位置Ｘ１の第二コネクタ２５３Ｌが、位置Ｘ１の第一コネクタ２１３Ｌと接続されているとともに、内部導電性膜２３１Ｌと接続されている。また、位置Ｘ２，Ｘ３及びＸ４の第一コネクタ２１３Ｌ，２１３Ｌ，２１３Ｌと第二コネクタ２５３Ｌ，２５３Ｌ，２５３Ｌとは互いに接続されておらず、内部導電性膜２３１Ｌとも絶縁されている。なお、図２４に示すアノード側のＸ１片面セパレータ２Ｌにおいては、上述の構成に限らず、位置Ｘ２，Ｘ３及びＸ４の第二コネクタ２５３Ｌ，２５３Ｌ，２５３Ｌは、対応する位置の各第一コネクタ２１３Ｌ，２１３Ｌ，２１３Ｌとが絶縁されてさえいれば、何れも内部導電性膜２３１Ｌと接続されている構成でもよい。この場合、上述の第一の実施の形態におけるアノード側のＸ１片面セパレータ２Ａと同一の構成となる。更には、上述の位置Ｘ２，Ｘ３及びＸ４の第二接続端子の何れも備えない構成としてもよい。
【００８８】
図２５に示すように、カソード側のＸ４片面セパレータ３Ｌは、位置Ｘ４の第二コネクタ３５３Ｌが、位置Ｘ４の第一コネクタ３１３Ｌと接続されているとともに、内部導電性膜３３１Ｌと接続されている。また、位置Ｘ１の第二コネクタ３５３Ｌ，３５３Ｌ，３５３Ｌは、位置Ｘ１の第一コネクタ３１３Ｌと接続されているが、内部導電性膜３３１Ｌと絶縁されている。また、位置Ｘ２の第一コネクタ３１３Ｌと第二コネクタ３５３Ｌとは互いに接続されておらず、内部導電層００とも絶縁されている。同様に、位置Ｘ３の第一コネクタ３１３Ｌと第二コネクタ３５３Ｌとは互いに接続されておらず、内部導電層００とも絶縁されている。なお、図２５に示すアノード側のＸ４片面セパレータ３Ｌにおいては、上述の構成に限らず、位置Ｘ２及びＸ３の第二コネクタ３５３Ｌ，３５３Ｌ，３５３Ｌは、第一コネクタ３１３Ｌ，３１３Ｌ，３１３Ｌとが絶縁されてさえいれば、何れも内部導電層００と接続されている構成でもよい。更には、上述の位置Ｘ２及びＸ３の第二コネクタの何れも備えない構成としてもよい。
以上の通り、第三の実施の形態における燃料電池装置５Ｌの構成とすることにより、上述の第一及び第二の実施の形態の効果に加えて、高電圧側及び低電圧側の電気の取り出し口を両方とも燃料電池装置５Ｌの積層方向における一端部側に設けることができる。これにより、燃料電池装置５Ｌの外部における引き回し配線を省略することができ、このような燃料電池装置５Ｌを備える燃料電池システムをより小型化することができる。
また、本第三の実施の形態に係る各片面セパレータと、上記第一の実施の形態に係る各両面セパレータとを組み合わせて使用することによって、上記第一の実施の形態と同様の効果が得られる。
尚、上述の実施の形態及び変形例に記載したセパレータは何れも、少なくとも複数の絶縁性基板を備える構成としたが、これに限らず、これらのセパレータは何れも、一つの絶縁性基板だけを備える構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】燃料電池装置５を備えた発電装置４００のブロック図である。
【図２】燃料電池装置５を図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図３】図２における両面セパレータ１Ａの平面図である。
【図４】(a)は図２における膜電極接合体６を切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図、(b)、(c)は、それぞれ図２における両面セパレータ１Ａを切断線IVb−IVb、IVc−IVcに沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図である。
【図５】(a)、(b)は、それぞれ図２における片面セパレータ２Ａを切断線IVb−IVb、IVc−IVcに沿って厚さ方向に平行に切断した際の拡大断面図である。
【図６】(a)〜(i)は、図４の切断線a−a〜i−iに沿って切断した際の両面セパレータ１Ａの平断面図である。
【図７】(a)〜(i)は、図４の切断線a−a〜i−iに沿って切断した際の両面セパレータ１Ｃの平断面図である。
【図８】(a)〜(d)は、図５の切断線a−a〜d−dに沿って切断した際の片面セパレータ２Ａの平断面図である。
【図９】(a)は、燃料電池装置５のセパレータの配列を示した模式図、(b)は、燃料電池装置５の積層方向の電気的接続を表す電気回路図、(c)は、燃料電池装置５の等価回路図である。
【図１０】燃料電池装置５における出力性能の一例を示した図である。
【図１１】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置の積層方向の電気的接続を表す電気回路図、(d)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１２】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１３】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１４】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１５】(a)は、変形例における出力性能の一例を示した図、(b)は、(a)における燃料電池装置の等価回路図、(c)は、(a)における燃料電池装置のセパレータの配列を示した模式図である。
【図１６】両面セパレータ１Ｆを図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図１７】両面セパレータ１Ｇを図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図１８】(a)は、両面セパレータ１Ｈを図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線IVc−IVcに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図１９】(a)は、片面セパレータ１Ｊを図３の切断線IVb−IVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線IVc−IVcに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図２０】(a)〜(d)は、図５の切断線a−a〜d−dに沿って切断した際のカソード側片面セパレータ３Ｋの平断面図、(e)は第六の基板３６Ｋの平断面図、(f)は、(e)における切断線f−fに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図２１】(a)〜(d)は、図５の切断線a−a〜d−dに沿って切断した際のアノード側片面セパレータ２Ｋの平断面図、(e)は第七の基板２７Ｋの平断面図、(f)は、(e)における切断線f−fに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図２２】燃料電池装置５Ｌを図２４の切断線XXIVb−XXIVbに沿って厚さ方向に平行に切断した際の矢視断面図である。
【図２３】(a)は、第三の実施の形態における燃料電池装置５Ｌのセパレータの配列を示した模式図、(b)は、燃料電池装置５Ｌの積層方向の電気的接続を表す電気回路図、(c)は、燃料電池装置５Ｌの等価回路図である。
【図２４】(a)は、第三の実施の形態におけるアノード側片面セパレータ２Ｌの平面図、(b)は、(a)のXXIVb−XXIVb断面図、(c)は、(a)のXXIVc−XXIVc断面図である。
【図２５】(a)は、第三の実施の形態におけるカソード側片面セパレータ３Ｌの平面図、(b)は、(a)のXXVb−XXVb断面図、(c)は、(a)のXXVc−XXVc断面図である。
【図２６】従来の直列接続をした場合におけるセルの性能差による電流電圧特性を表したグラフである。
【図２７】並列接続した場合におけるセルの性能差による電流電圧特性を表したグラフである。
【符号の説明】
【００９０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 両面セパレータ
１１Ａ，１１Ｃ 第一の基板（絶縁性基板）
１１２Ａ，１２８Ａ，１３７Ａ，１４８Ａ，１５２Ａ ボルト締結穴（穴）
１１３Ａ，１１３Ｃ 第一コネクタ（第一接続端子）
１２Ａ，１２Ｃ 第二の基板（絶縁性基板）
１２１Ａ，１２１Ｃ 蛇行溝（ガス流路）
１２７Ａ，１２７Ｃ アノード側表面導電性膜（第一導電層）
１３Ａ，１３Ｃ 第三の基板（絶縁性基板）
１３０Ａ，１３０Ｃ 第四コネクタ（第四接続端子）
１３１Ａ，１３１Ｃ アノード側内部導電性膜（第三導電層）
１３２Ａ，１３２Ｃ カソード側内部導電性膜（第四導電層）
１３９Ａ，１３９Ｃ 第三コネクタ（第三接続端子）
１４Ａ，１４Ｃ 第四の基板（絶縁性基板）
１４１Ａ，１４１Ｃ 蛇行溝（ガス流路）
１４７Ａ，１４７Ｃ カソード側表面導電性膜（第二導電層）
１５Ａ，１５Ｃ 第五の基板（絶縁性基板）
１５３Ａ，１５３Ｃ 第二コネクタ（第二接続端子）
２Ａ，２Ｋ，２Ｌ アノード側片面セパレータ
２１Ａ，２１Ｋ，２１Ｌ 第一の基板（絶縁性基板）
２１２Ａ，２２８Ａ，２３７Ａ ボルト締結穴（穴）
２１２Ｋ，２２８Ｋ，２３８Ｋ，２７１Ｋ ボルト締結穴（穴）
２１３Ａ，２１３Ｋ，２１３Ｌ 第一コネクタ（第一接続端子）
２２Ａ，２２Ｋ，２２Ｌ 第二の基板（絶縁性基板）
２２１Ａ，２２１Ｋ，２２１Ｌ 蛇行溝（ガス流路）
２２７Ａ，２２７Ｋ，２２７Ｌ，３２７Ｌ 表面導電性膜（第一導電層）
２３Ａ，２３Ｋ，２３Ｌ 第三の基板（絶縁性基板）
２３１Ａ，２３１Ｋ，２３１Ｌ 裏面導電性膜（第二導電層）
２３７Ｌ ボルト締結穴（穴）
２５３Ａ，２５３Ｋ，２５３Ｌ 第二コネクタ（第二接続端子）
２７Ｋ 第七の基板（絶縁性基板）
２７２Ｋ 切欠部
２７３Ｋ 電気外部取り出し部（外部端子）
３Ｋ，３Ｌ カソード側片面セパレータ
３１３Ｋ，３１３Ｌ 第一コネクタ（第一接続端子）
３３Ｋ，３３Ｌ 第三の基板（絶縁性基板）
３３２Ｋ，３３１Ｌ 裏面導電性膜（第二導電層）
３３７Ｌ ボルト締結穴（穴）
３４Ｋ 第四の基板（絶縁性基板）
３４１Ｋ，３４１Ｌ 蛇行溝（ガス流路）
３４７Ｋ，３２７Ｌ 表面導電性膜（第一導電層）
３５Ｋ 第五の基板（絶縁性基板）
３５２Ｋ，３４８Ｋ，３３８Ｋ，３６２Ｋ ボルト締結穴（穴）
３５３Ｋ，３５３Ｌ 第二コネクタ（第二接続端子）
３６Ｋ 第六の基板（絶縁層）
３６３Ｋ 切欠部
３６４Ｋ 電気外部取り出し部（外部端子）
５，５Ｌ 燃料電池装置
６，６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６ 膜電極接合体
６１ 固体高分子電解質膜（電解質膜）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の絶縁性基板を含むセパレータであって、
前記セパレータの一方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第一導電層と、複数の第一接続端子とが形成され、
前記複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記第一導電層とが接続され、
前記複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第一導電層とが絶縁され、
前記セパレータの他方の面に前記複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する複数の第二接続端子が形成されたことを特徴とするセパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する他のセパレータの複数の第二接続端子が形成されたことを特徴とするセパレータ。
【請求項３】
１以上の絶縁性基板を含むセパレータであって、
前記セパレータの一方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第一導電層と、複数の第一接続端子とが形成され、
前記複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記第一導電層とが接続され、
前記複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第一導電層とが絶縁され、
前記セパレータの他方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第二導電層と、複数の第二接続端子とが形成され、
前記複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと前記第二導電層とが接続され、
前記複数の第二接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第二導電層とが絶縁され、
前記複数の第一接続端子のうち何れか一つと前記複数の第二接続端子のうち何れか一つとが接続されたことを特徴とするセパレータ。
【請求項４】
請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの前記第一導電層と接続された他のセパレータの第二導電層が形成されたことを特徴とするセパレータ。
【請求項５】
請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの第一導電層と接続された外部接続端子が設けられていることを特徴とするセパレータ。
【請求項６】
請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、 他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に他のセパレータの複数の第二接続端子を備え、前記他のセパレータの第二接続端子のうち少なくとも一つが前記他のセパレータの第一接続端子と接続されるとともに前記他のセパレータの第一導電層と接続され、
前記他のセパレータの第二接続端子のうち他の少なくとも一つが前記他のセパレータの第一接続端子と接続されるとともに前記他のセパレータの第一導電層と絶縁されることを特徴とするセパレータ。
【請求項７】
請求項３に記載のセパレータであって、
ボルトが挿通される複数の穴を備え、
前記複数の第一接続端子は前記複数の穴の間に設けられていることを特徴とするセパレータ。
【請求項８】
請求項３に記載のセパレータを備えることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項９】
請求項３に記載の一のセパレータと、請求項４に記載の他のセパレータと、電解質膜の両面にそれぞれ少なくとも一つ電極が設けられた膜電極接合体とを備え、
前記一のセパレータの一方の面と前記他のセパレータの一方の面とが対向配置され、前記膜電極接合体が前記他のセパレータの一方の面と前記一のセパレータの一方の面との間に挟持されるセル構造を含むことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の一のセパレータを複数個と、電解質膜の両面にそれぞれ少なくとも一つ電極が設けられた膜電極接合体とを備え、
前記複数個の一のセパレータのうちの一つにおける一方の面と前記複数個の一のセパレータのうち他の一つにおける他方の面とが対向配置され、前記膜電極接合体が前記複数個の一のセパレータのうち一つにおける一方の面と前記複数個の一のセパレータのうち他の一つにおける他方の面との間に挟持されるセル構造を含むことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０の何れか一項に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
１以上の絶縁性基板を含むセパレータであって、
前記セパレータの一方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第一導電層と、複数の第一接続端子とが形成され、
前記複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記第一導電層とが接続され、
前記複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第一導電層とが絶縁され、
前記セパレータの他方の面に前記複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する複数の第二接続端子が形成されたことを特徴とするセパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち何れか一つとそれぞれ対応する他のセパレータの複数の第二接続端子が形成されたことを特徴とするセパレータ。
【請求項３】
１以上の絶縁性基板を含むセパレータであって、
前記セパレータの一方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第一導電層と、複数の第一接続端子とが形成され、
前記複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記第一導電層とが接続され、
前記複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第一導電層とが絶縁され、
前記セパレータの他方の面にガスが流通するガス流路と、導電性を有する第二導電層と、複数の第二接続端子とが形成され、
前記複数の第二接続端子のうち少なくとも一つと前記第二導電層とが接続され、
前記複数の第二接続端子のうち他の少なくとも一つと前記第二導電層とが絶縁され、
前記複数の第一接続端子のうち何れか一つと前記複数の第二接続端子のうち何れか一つとが接続されたことを特徴とするセパレータ。
【請求項４】
請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの前記第一導電層と接続された他のセパレータの第二導電層が形成されたことを特徴とするセパレータ。
【請求項５】
請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、
他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に前記他のセパレータの第一導電層と接続された外部接続端子が設けられていることを特徴とするセパレータ。
【請求項６】
請求項３に記載の一のセパレータと組み合わせて使用される他のセパレータであって、 他の１以上の絶縁性基板を含み、
前記他のセパレータの一方の面にガスが流通する他のセパレータのガス流路と、導電性を有する他のセパレータの第一導電層と、他のセパレータの複数の第一接続端子とが形成され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが接続され、
前記他のセパレータの複数の第一接続端子のうち他の少なくとも一つと前記他のセパレータの前記第一導電層とが絶縁され、
前記他のセパレータの他方の面に他のセパレータの複数の第二接続端子を備え、前記他のセパレータの第二接続端子のうち少なくとも一つが前記他のセパレータの第一接続端子と接続されるとともに前記他のセパレータの第一導電層と接続され、
前記他のセパレータの第二接続端子のうち他の少なくとも一つが前記他のセパレータの第一接続端子と接続されるとともに前記他のセパレータの第一導電層と絶縁されることを特徴とするセパレータ。
【請求項７】
請求項３に記載のセパレータであって、
ボルトが挿通される複数の穴を備え、
前記複数の第一接続端子は前記複数の穴の間に設けられていることを特徴とするセパレータ。
【請求項８】
請求項３に記載のセパレータを備えることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項９】
請求項３に記載の一のセパレータと、請求項４に記載の他のセパレータと、電解質膜の両面にそれぞれ少なくとも一つ電極が設けられた膜電極接合体とを備え、
前記一のセパレータの一方の面と前記他のセパレータの一方の面とが対向配置され、前記膜電極接合体が前記他のセパレータの一方の面と前記一のセパレータの一方の面との間に挟持されるセル構造を含むことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の一のセパレータを複数個と、電解質膜の両面にそれぞれ少なくとも一つ電極が設けられた膜電極接合体とを備え、
前記複数個の一のセパレータのうちの一つにおける一方の面と前記複数個の一のセパレータのうち他の一つにおける他方の面とが対向配置され、前記膜電極接合体が前記複数個の一のセパレータのうち一つにおける一方の面と前記複数個の一のセパレータのうち他の一つにおける他方の面との間に挟持されるセル構造を含むことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０の何れか一項に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００８−２１５４９（Ｐ２００８−２１５４９Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９２８２６（Ｐ２００６−１９２８２６）
【出願日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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