(57)【要約】      （修正有）【課題】電力変換用流体とは異なる機能流体も併用でき、電力変換に伴う種々の問題を改善可能な電力変換用マイクロ流体素子を提供すること。【解決手段】例えば、電力変換用液体の一方として酸性水溶液Ａ及び電力変換用液体の他方として塩基性水溶液Ｂの層流と共に、当該層流間に介在するように支持電解液の層流が形成される主マイクロチャネル１２（主流路）を有し、当該主マイクロチャネル１２の両端に供給流路として２つの第１供給用マイクロチャネル１４Ａ，１４Ｂ（第１供給流路）及び１つの第２供給用マイクロチャネル１４Ｃ（第２供給流路）と、排出流路として２つの第１排出用マイクロチャネル１６Ａ，１６Ｂ及び一つの第２排出用マイクロチャンネル１６Ｃと、がそれぞれ３つずつ連通して、電力変換用マイクロ流体素子（マイクロチャネルデバイス１０）を構成する。【選択図】図１
2006351248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の層流が形成され、当該層流領域で電力変換が行われる主流路と、
前記主流路の一端に連通され、前記流体を前記主流路に供給する少なくとも３つの供給流路と、
前記主流路の他端に連通され、前記流体を前記主流路から排出する少なくとも１つの排出流路と、
を有することを特徴とする電力変換用マイクロ流体素子。
【請求項２】
前記供給流路を、前記流体として２つの電力変換用液体を前記主流路に供給する２つの第１供給流路と、前記流体として支持電解液を前記２つの電力変換用液体間に介するように前記主流路に供給する第２供給流路と、で構成したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換用マイクロ流体素子。
【請求項３】
前記２つの電力変換用液体は、正極活物質を含む酸性水溶液及び負極活物質を含む塩基性水溶液であり、
前記支持電解液は、中性塩を含む中性電解液である、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換用マイクロ流体素子。
【請求項４】
前記２つの電力変換用液体は、正極活物質を含む酸性水溶液及び負極活物質を含む塩基性水溶液であり、
前記支持電解液は、前記酸性水溶液及び塩基性水溶液の構成物質で構成される中性塩を含む中性電解液である、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換用マイクロ流体素子。
【請求項５】
前記支持電界液は、前記中性塩を飽和溶解濃度で含む中性電解液であることを特徴とする請求項３又は４に記載の電力変換用マイクロ流体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換用流体の移動を行うマイクロチャネル（流路）内に電力変換部が形成された電力変換用マイクロ流体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、反応・分離・抽出・検出などの基本化学操作を行うことのできるマイクロ流体素子が盛んに研究されている。このマイクロ流体素子を用いることで、基本化学操作を行う反応空間の集積化、小型化が可能となり、合成機器や分析機器などへの適用が検討されている。
【０００３】
マイクロ流体素子の構成要素は、断面寸法が数十〜数千ミクロンのマイクロチャネル（流路）である。マイクロチャネルは通常２枚の板、すなわち微細なチャネルとなる溝を形成した基板と、平らな基板とを接合することによって形成される。マイクロ流体素子の中には、２つのみならず３つ以上の流体の層流を形成するような構成も提案されている（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
一方、マイクロ流体素子を電力変換素子として利用しようという提案がある（例えば、非特許文献２等）。この提案では、マイクロ流体素子に２種類の電力変換用流体を導入して、マイクロチャネル内に層流を形成し、当該層流領域で化学反応によるエネルギーを電気的エネルギー（電力）に変換するものである。
【０００５】
【非特許文献１】Ｓ．Ｔａｋａｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ，．  Ａｄｖ  Ｍａｔ．，１３、５７０（２００１）
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  １２８（２００４）  ｐ５４〜６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１の提案に加え、特願２００３−３９３７１４にも電力変換用のマイクロ流体素子が提案されているが、機能流体として２種の電力変換用流体のみを使用しての電力変換を行っている。電力変換用とは異なるマイクロ流体素子については、３つ以上の流体を使用することが開示されているものの、電力変換用としては未だ２種の電力変換用流体のみを使用した素子しか実現されておらず、電力変換に伴う種々の問題を改善するためにも、電力変換用流体とは異なる機能流体も併用できるような電力変換用のマイクロ流体素子が望まれている。
【０００７】
従って、本発明は、上記問題に鑑み、電力変換用流体とは異なる機能流体も併用でき、電力変換に伴う種々の問題を改善可能な電力変換用マイクロ流体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、以下の手段により解決される。
即ち、本発明の電力変換用マイクロ流体素子は、
流体の層流が形成され、当該層流領域で電力変換が行われる主流路と、
前記主流路の一端に連通され、前記流体を前記主流路に供給する少なくとも３つの供給流路と、
前記主流路の他端に連通され、前記流体を前記主流路から排出する少なくとも１つの排出流路と、
を有することを特徴としている。
【０００９】
本発明の電力変換用マイクロ流体素子では、電力変換に必要な２つの電力変換用流体に加え、これとは異なる機能流体を、主流路に供給可能なように、すくなくとも３つの供給流路を具備させ、この機能流体により種々の問題（例えば、２つの電力変換用流体間の乱流発生、気泡発生など）を改善することができる。
【００１０】
本発明の電力変換用マイクロ流体素子においては、前記供給流路を、前記流体として２つの電力変換用液体を前記主流路に供給する２つの第１供給流路と、前記流体として支持電解液を前記２つの電力変換用液体間に介するように前記主流路に供給する第２供給流路と、で構成することができる。
【００１１】
従来、２つの電力変換用液体のみを利用したマイクロ流体素子では、電力変換が行われる主流路において２つの電力変換用液体の層流間（界面）が乱れてしまい、出力が不安定になってしまうという問題があった。
【００１２】
そこで、支持電解液を２つの電力変換用液体間に介するように主流路に供給して、主流路において２つの電力変換用流体の層流間に支持電解液の層流を介在させる。これにより、２つの電力変換用流体の層流間に乱れが抑制され、安定した出力が得られるようになる。
【００１３】
ここで、支持電解液とは導電性を与えるために電解質がイオンとなり存在する液体を意味する。
【００１４】
また、２つの電力変換用流体としては、正極活物質を含む酸性水溶液及び負極活物質を含む塩基性水溶液を利用することができる。また、支持電解液としては、中性塩を含む中性電解液を利用することができる。特に、中性塩を電力変換用液体としての酸性水溶液及び塩基性水溶液の構成物質で構成したり、中性塩を飽和溶解濃度で含ませたりすることがよい。これにより、より安定して高出力が得られる。
【００１５】
一方、本発明の電力変換用マイクロ流体素子においては、前記供給流路を、前記流体として２つの電力変換用液体を前記主流路に供給する２つの第１供給流路と、前記流体として気泡吸収流体（気泡を脱気するための流体）を前記２つの電力変換用液体と接するように前記主流路に供給する第３供給流路と、で構成することもできる。なお、第３供給流路は１つであって２つであってもよい。
【００１６】
従来、２つの電力変換用液体のみを利用したマイクロ流体素子では、電力変換が行われる主流路において２つの電力変換用液体の反応により、気泡が発生してしまい、出力が不安定になってしまうという問題があった。
【００１７】
そこで、気泡吸収流体（気泡を脱気するための流体）を２つの電力変換用液体に接するように主流路に供給して、主流路において２つの電力変換用流体の層流と接触して気泡吸収流体の層流を存在させる。これにより、２つの電力変換用流体間の反応によって発生した気泡が吸収、即ち脱気され、安定した出力が得られるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電力変換用流体とは異なる機能流体も併用でき、電力変換に伴う種々の問題を改善可能な電力変換用マイクロ流体素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実質的に同様な機能を有する部材には、全図面通して同じ符合を付与し、重複する説明は省略することがある。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子を示す模式的な平面図である。図２は、第１実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子を示す模式的な部分断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面図である。
【００２１】
本実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子（以下、マイクロチャネルデバイス１０と称する）は、電力変換用液体の一方としての酸性水溶液Ａ及び電力変換用液体の他方としての塩基性水溶液Ｂと支持電解液Ｃの３液から形成される層流であって、２つの電力変換用液体の間に支持電解液Ｃが介在するような層流が形成される主マイクロチャネル１２（主流路）を有している。当該主マイクロチャネル１２の両端には、供給流路として２つの第１供給用マイクロチャネル１４Ａ，１４Ｂ（第１供給流路）及び１つの第２供給用マイクロチャネル１４Ｃ（第２供給流路）と、排出流路として２つの第１排出用マイクロチャネル１６Ａ，１６Ｂ及び一つの第２排出用マイクロチャンネル１６Ｃと、がそれぞれ３つずつ連通している。
【００２２】
第１供給用マイクロチャネル１４Ａは酸性水溶液Ａを供給し、第１供給用マイクロチャネル１４Ｂは塩基性水溶液Ｂを供給する、チャネルである。また、第２供給用マイクロチャネル１４Ｃは、第１供給用マイクロチャネル１４Ａ，１４Ｂ間に配設され、支持電解液Ｃを供給する、チャネルである。また、各供給用のマイクロチャネルには各流体を導入する導入口２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが連通している。
【００２３】
一方、第１排出用マイクロチャネル１６Ａは酸性水溶液Ａを排出し、第１排出用マイクロチャネル１６Ｂは塩基性水溶液Ｂを供給する、チャネルである。また、第２排出用マイクロチャネル１６Ｃは、第１排出用マイクロチャネル１６Ａ，１６Ｂ間に配設され、支持電解液Ｃを排出する、チャネルである。また、各排出用のマイクロチャネルには各流体を排出する排出口２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが連通している。本実施形態では、回収・再使用可能なように各流体をそれぞれ排出する形態を示しているが、回収した流体を廃棄するのであれば、排出流路は一つであってもよい。
【００２４】
また、マイクロチャネルデバイス１０には、主マイクロチャネル１２内に形成される層流と接触するように、正電極と負電極となる電極１８が配設されている。電極１８のうち、正電極は当該層流の一つを構成する酸性水溶液Ａと、負電極は当該層流の一つを構成する塩基性水溶液Ｂと、それぞれ接触するように配設されている（図２参照）。
【００２５】
ここで、酸性水溶液Ａは、正極活物質（例えば過酸化水素）を含む酸性水溶液Ａであり、例えば、正極活物質と共に、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、硝酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロ砒酸、ヘキサクロロ白金酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、及びピクリン酸からなる群より選択される酸を１以上含む水溶液である。本実施形態では、正極活物質として過酸化水素を利用した、Ｈ2Ｏ2／Ｈ2ＳＯ4の混合水溶液を適用している。
【００２６】
一方、塩基性水溶液Ｂは、負極活物質（例えば過酸化水素）を含む塩基性水溶液Ｂであり、負極活物質と共に、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を１以上含む、又は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択される弱酸のアルカリ金属塩を１以上含む水溶液である。本実施形態では、負極活物質として過酸化水素を利用した、Ｈ2Ｏ2／ＮａＯＨの混合水溶液を適用している。
【００２７】
また、支持電解液Ｃは、電解質として中性塩を含む中性電解液である。この中性塩としては、例えば、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの構成物質で構成される中性塩、その他一般中性塩（例えば、塩化ナトリウム，塩化カリウム，臭化カリウム，ヨウ化カリウム，フッ化ナトリウム，硫酸マグネシウム，塩化カルシウムなど）が挙げられる。これらの中でも、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの構成物質で構成される中性塩を利用することがよい。これにより、安定して高出力が得られる。
【００２８】
本実施形態では、酸性水溶液ＡとしてＨ2Ｏ2／Ｈ2ＳＯ4の混合水溶液、塩基性水溶液ＢとしてＨ2Ｏ2／ＮａＯＨの混合水溶液を適用しているため、支持電解液Ｃとしては、中性塩としてＮａ2ＳＯ4を含む中性電解液を適用している。その他、例えば、酸性水溶液ＡとしてＨ2Ｏ2／ＨＣｌの混合水溶液、塩基性水溶液ＢとしてＨ2Ｏ2／ＫＯＨの混合水溶液を適用した場合、支持電解液Ｃとしては、中性塩としてＫＣｌを含む中性電解液を適用することがよい。
【００２９】
また、中性塩を含む中性電解液は、中性塩が飽和溶解濃度で溶解している。これにより、高出力を得ることができる。なお、この中性塩の溶解濃度によって出力（電力）を制御することもできる。
【００３０】
また、電極１８としての正電極及び負電極は、例えば、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金、表面を不動態化したチタン、表面を不動態化したステンレス、表面を不動態化したニッケル、表面を不動態化したアルミニウム、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料で構成することができる。本実施形態では、正電極及び負電極共に、電力変換用液体の活性能が高く、当該流体の層流の乱れが生じやすい白金黒を適用している。また、このような電極材料としては白金黒以外に、白金がある。
【００３１】
本実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子は、複数のチップ（基板）を積層した積層構造としている。具体的には、電極チップ２４（電極基板）上にマイクロチャネルチップ２６（流路基板）を積層して構成している。
【００３２】
マイクロチャネルチップ２６には、マイクロチャネルデバイス１０を構成する、主マイクロチャネル１２、第１供給用マイクロチャネル１４Ａ，１４Ｂ、第２供給用マイクロチャネル１４Ｃ、第１排出用マイクロチャネル１６Ａ，１６Ｂ、第２排出用マイクロチャネル１６Ｃがそれぞれ所定の位置に形成されている。
【００３３】
電極チップ２４には、マイクロチャネルデバイス１０を構成する、電極１８がそれぞれの所定の位置に形成されている。また、図示しないが、電極チップ２４又はマイクロチャネルチップ２６（流路基板）には、各マイクロチャネルに連通するように、導入口２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ、排出口２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとなる貫通口が設けられている。
【００３４】
ここで、各チップは、例えば、シリコン、ガラス、シリコーンゴム、樹脂（不飽和ポリエステル樹脂（例えば日立化成社製、ポリセット等）、ポリエチレンテレフタタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等）などで構成することができる。その厚みは、例えば、０．１〜１．３ｍｍ程度で選択することができる。本実施形態では、電極チップ２４をガラス、マイクロチャネルチップ２６をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で構成した。各チップは同一の材料で構成してもよいし、異なる材料で構成してもよい。
【００３５】
本実施形態に係るマイクロ流体素子は、上記各チップを作製した後、張り合わせることで得ることができる。具体的には、例えば、マイクロチャネルチップ２６は、チップ表面に各マイクロチャネルとなる所定の溝を形成することで得ることができる。この溝の形成は、チップ材料によって、例えば、１以上の高いアスペクト比（溝の深さ／幅の寸法比）のマイクロチャネルを得るために半導体加工技術で使われるフォトリソグラフィーとドライエッチング技術、或いはフォトリソグラフィーとウェットエッチング技術を用いてシリコンやガラスなどに溝加工を行う方法、マイクロマシーン加工技術で使われるＬＩＧＡプロセスを用いてＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）の構造をめっきによって金属に転写する方法や、紫外線用の厚膜レジスト（エポキシ樹脂をベースとしたネガ型レジスト）の構造をシリコーンゴムなどに転写するモールド法などにより行うことができる。
【００３６】
また、電極チップ２４は、チップ表面に化学蒸着法やスパッタ法などにより所定の位置に電極材料を堆積させることで得ることができる。
【００３７】
そして、得られた各チップを、位置合わせを行いつつ重ね合わせて、公知の接合技術により接合することで、本実施形態に係るマイクロ流体素子を得ることができる。
【００３８】
このような構成の本実施形態に係るマイクロ流体素子は、まず、導入口２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃから各流体を導入すると、第１供給用マイクロチャネル１４Ａから酸性水溶液Ａが、第１供給用マイクロチャネル１４Ｂから塩基性水溶液Ｂが、第２供給用マイクロチャネル１４Ｃから支持電解液Ｃが、それぞれ主マイクロチャネル１２へ流入する。この際、支持電解液Ｃを介して酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂが、それぞれ主マイクロチャネル１２へ流入する。主マイクロチャネル１２内では酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの層流と共に、当該層流間に介在するように支持電解液Ｃの層流が形成され、当該酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂ間では支持電解液Ｃを介して正負活物質による酸化還元反応が生じ、これに起因する電力を電極１８から取り出す。
【００３９】
一方、主マイクロチャネル１２内で酸化還元反応を終えた酸性水溶液Ａ、塩基性水溶液Ｂ、及び支持電解液Ｃは、第１排出用マイクロチャネル１６Ａ、第１排出用マイクロチャネル１６Ｂ、及び第２排出用マイクロチャネル１６Ｃにそれぞれ流入し、各排出口２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃからそれぞれ排出される。
【００４０】
このようにして、本実施形態に係るマイクロ流体素子では、電力変換が行われる。なお、電力変換や使用する材料については特願２００３−３９３７１４に記載されている。
【００４１】
以上、説明した本実施形態に係るマイクロ流体素子では、支持電解液Ｃを２つの電力変換用液体である酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂ間に介するように主マイクロチャネル１２に供給し、主マイクロチャネル１２において支持電解液Ｃの層流を介在させた状態で、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂ間の正負活物質による酸化還元反応を生じさせている。このため、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの層流の乱れが抑制され、安定した出力が得られるようになる。
【００４２】
また、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの層流の乱れを抑制することで、反応場である主マイクロチャネル１２の長さを長くしても、酸化還元反応を安定して生じさせられるので、高出力化も図れる。
【００４３】
このように、支持電解液Ｃの層流を介在させることで、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの層流の乱れが抑制される理由は以下の通りであると推測される。気泡によって酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの界面が乱れ，中和反応が進む．すると正極近傍でＨ+が、負極近傍ではＯＨ-の濃度が大きく変化し，出力が不安定となる．しかし，中央に支持電解液Ｃ（中性の溶液）を介することで酸性水溶液Ａと塩基性水溶液Ｂの直接接触が避けられるため中和反応は進まず，両電極近傍のＨ+，ＯＨ-の濃度変化は緩やかとなり，安定する。
【００４４】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子を示す模式的な平面図である。図４は、第２実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子を示す模式的な部分断面図であり、図３のＡ−Ａ’断面図である。
【００４５】
本実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子（以下、マイクロチャネルデバイス１０と称する）は、第１実施形態において、主マイクロチャネル１２の両端に、気体吸収用流路として２つの気体吸収用マイクロチャネル１４Ｄ，１４Ｅ（気体吸収用流路）と共に、２つの気体排出用マイクロチャネル１６Ｄ，１６Ｅ（気体排出流路）をさらに連結した形態である。
【００４６】
気体吸収用マイクロチャネル１４Ｄ，１４Ｅは、第１供給用マイクロチャネル１４Ａ，１４Ｂの外側（第２供給用マイクロチャネル１４Ｃの配置位置とは反対側）にそれぞれ配置され、液体を供給しない、チャネルである。また、気体吸収用マイクロチャネル１４Ｄ，１４Ｅには第１供給用マイクロチャネル１４Ａ，１４Ｂと同様の圧力状態（出口側を減圧状態にして送流する場合は大気圧で、入口側で加圧して送流する場合は第１供給用マイクロチャネル１４Ａ，１４Ｂと同じ圧力をかける。）の気体導入口２０Ｄ，２０Ｅが連通している。
【００４７】
一方、気体排出用マイクロチャネル１６Ｄ，１６Ｅは、第１排出用マイクロチャネル１６Ａ，１６Ｂの外側（第２排出用マイクロチャネル１６Ｃの配置位置とは反対側）にそれぞれ配置され、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂからそれぞれ吸収した気体Ｄ，Ｅをそれぞれ排出する、チャネルである。また、気体排出用マイクロチャネル１６Ｄ，１６Ｅには酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂからそれぞれ吸収（脱気）した気体Ｄ，Ｅを排出する排出口２２Ｄ，２２Ｅが連通している。
【００４８】
このため、主マイクロチャネル１２（主流路）では、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの層流と共に、当該層流間に介在するように支持電解液Ｃの層流が形成され、さらに酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの層流の外側（支持電解液Ｃの層流位置とは反対側）に酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂからそれぞれ吸収（脱気）する気体Ｄ，Ｅの層流が形成される（図４参照）。
【００４９】
ここで、主マイクロチャネル１２（主流路）の気体Ｄ，Ｅには、具体的には、過酸化水素の自己分解や，電気化学反応生成物として発生する気体、例えば酸素が吸収される。
【００５０】
なお、主マイクロチャネル１２には、酸性水溶液Ａ、塩基性水溶液Ｂ及び支持電界液Ｃの流路溝と気体Ｄ，Ｅの流路溝との深さを変えることも好適に実施できる。具体的には、例えば、気体Ｄ，Ｅの流路溝の深さを、酸性水溶液Ａ、塩基性水溶液Ｂ及び支持電界液Ｃの流路溝の深さよりも浅くすることで、溶液の界面張力効果で気体Ｄ，Ｅの流路溝に気体だけを集めて流し気泡をより効率的に吸収することができる。
【００５１】
また、気体Ｄ，Ｅが接する流路壁に疎水処理を施すことも好適に実施できる。これにより、気泡をより効率的に吸収することができる。
【００５２】
これ以外の構成は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５３】
このような構成の本実施形態に係るマイクロ流体素子は、まず、導入口２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅから各流体を導入すると、第１供給用マイクロチャネル１４Ａから酸性水溶液Ａが、第１供給用マイクロチャネル１４Ｂから塩基性水溶液Ｂが、第２供給用マイクロチャネル１４Ｃから支持電解液Ｃが、加えて、第３供給用マイクロチャネル１４Ｄ，１４Ｅから気体Ｄ，Ｅが、それぞれ主マイクロチャネル１２へ流入する。
【００５４】
この際、支持電解液Ｃを介して酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂが、そして、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの外側をそれぞれ接触するように気体Ｄ，Ｅがそれぞれ主マイクロチャネル１２へ流入する。
【００５５】
そして、主マイクロチャネル１２内では酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの層流と共に、当該層流間に介在するように支持電解液Ｃの層流、加えて酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの層流の外側に気体Ｄ，Ｅの層流が形成される。当該酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂ間では支持電解液Ｃを介して正負活物質による酸化還元反応が生じ、これに起因する電力を電極１８から取り出す。
【００５６】
一方、主マイクロチャネル１２内で酸化還元反応を終えた酸性水溶液Ａ、塩基性水溶液Ｂ、支持電解液Ｃ、及び気体Ｄ，Ｅは、第１排出用マイクロチャネル１６Ａ、第１排出用マイクロチャネル１６Ｂ、第２排出用マイクロチャネル１６Ｃ、第３排出用マイクロチャネル１６Ｄ，第３排出用マイクロチャネル１６Ｅにそれぞれ流入し、各排出口２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅからそれぞれ排出される。
【００５７】
以上、説明した本実施形態に係るマイクロ流体素子では、気体Ｄ，Ｅを２つの電力変換用液体である酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂと接触するように主マイクロチャネル１２に供給し、主マイクロチャネル１２において気体Ｄ，Ｅの層流を接触させた状態で、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂ間の正負活物質による酸化還元反応を生じさせている。このため、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの酸化還元反応時に生じる気泡を、気体Ｄ，Ｅが吸収、即ち脱気することで、効率のよい酸化還元反応を生じさせることができ、安定した出力が得られるようになる。
【００５８】
また、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂに生じる気泡を除去することで、反応場である主マイクロチャネル１２の長さを長くしても、酸化還元反応を安定して生じさせられるので、高出力化も図れる。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。
【００６０】
（実施例１）
上記第１実施形態に係るマイクロ流体素子（マイクロチャネルデバイス１０：図１及び図２参照）を使用し、以下のようにして出力（発電）実験を行い、電流・電圧特性の試験を行った。
【００６１】
まず、過酸化水素水溶液（特級３５％、関東化学株式会社）と硫酸（特級９６％、関東化学株式会社）及び蒸留水を混合して、酸性水溶液Ａを調製した。ここで、過酸化水素及び硫酸濃度はそれぞれ０．３３ ｍｏｌ／ｌ、０．３３ ｍｏｌ／ｌとした。
【００６２】
また、過酸化水素水溶液（特級３５％、関東化学株式会社）と水酸化ナトリウム（特級９７％、関東化学株式会社）及び蒸留水を混合して、塩基性水溶液Ｂを調製した。ここで、過酸化水素及び水酸化ナトリウム濃度は０．３３ ｍｏｌ／ｌ、０．６７ ｍｏｌ／ｌとした。
【００６３】
また、蒸留水に中性塩を混合し、硫酸ナトリウム濃度が１．８７ｍｏｌ／ｌ（飽和溶解濃度）、１．３３ｍｏｌ／ｌ、０．６７ｍｏｌ／ｌ、０ｍｏｌ／ｌ（蒸留水のみ）の硫酸ナトリウム水溶液、そして、塩化カリウム濃度が４．５ｍｏｌ／ｌ（飽和溶解濃度）の塩化カリウム水溶液をそれぞれ調製し、これらを支持電解液Ｃとした。
【００６４】
そして、導入口２０Ａから酸性水溶液Ａを、導入口２０Ｃから支持電解液Ｃを、導入口２０Ｂから塩基性水溶液Ｂをそれぞれ外部ポンプにより注入し、各供給用マイクロチャネルを通じで主マイクロチャネルに供給し、各流体の層流を形成した。各流体の平均流速は、１５ｍｌ／ｍｎ（レイノルズ数Ｒｅ：約２０００）、室温で行った。主マイクロチャネル内では酸性水溶液Ａと接触する電極１８（白金黒、面積：０．０２５ｃｍ2）は正極の働きをし、塩基性水溶液Ｂと接触する電極１８（白金黒、面積：０．０２５ｃｍ2）は負極の働きをして、所謂電池が構成され、起電力が生じた。
【００６５】
この電池（電極１８）に外部抵抗器を接続し、その抵抗値を０Ωから１ＭΩまでの範囲で変化させた場合の電流・電圧特性を、デジタルマルチメーター（ＫＥＩＴＨＬＥＹ製２０００）で測定した。この測定は、支持電解液Ｃ種を変えて、当該種毎に行った。この結果を図５に示す。なお、図５では、電流値は各実験ごとの最大電流値を１として規格化して表記した。
【００６６】
また、比較のために、支持電解液Ｃを介在させないマイクロ流体素子（酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂのみの層流を形成する素子）についても、同様に電流・電圧特性を測定した。この結果も図５に示す。
【００６７】
図５に示す結果から、第１実施形態に係るマイクロ流体素子では、主マイクロチャネル１２内で支持電解液Ｃを介して酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの酸化還元反応を生じさせることで、当該水溶液間の層流の乱れが抑制され、安定した出力が得られることがわかる。
【００６８】
また、支持電解液として、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂの構成物質で構成される中性塩を含む中性電解液を適用することで、高出力化が図れることもわかる。特に、中性塩を飽和溶解濃度とすることで、高出力化が図れることもわかる。また、中性塩濃度によって、出力が制御可能であることもわかる。
【００６９】
（実施例２）
まず、過酸化水素水溶液（特級３５％、関東化学株式会社）と塩酸（特級９６％、関東化学株式会社）及び蒸留水を混合して、酸性水溶液Ａを調製した。ここで、過酸化水素及び塩酸濃度はそれぞれ０．３３ ｍｏｌ／ｌ、０．６７ｍｏｌ／ｌとした。
【００７０】
また、過酸化水素水溶液（特級３５％、関東化学株式会社）と水酸化カリウム（特級９７％、関東化学株式会社）及び蒸留水を混合して、塩基性水溶液Ｂを調製した。ここで、過酸化水素及び水酸化ナトリウム濃度は０．３３ ｍｏｌ／ｌ、０．６７ ｍｏｌ／ｌとした。
【００７１】
また、蒸留水に中性塩を混合し、塩化カリウム濃度が４．５ ｍｏｌ／ｌ（飽和溶解濃度）、２．０ ｍｏｌ／ｌ、１．０ ｍｏｌ／ｌの塩化カリウム水溶液、そして、硫酸ナトリウム濃度が１．７ｍｏｌ／ｌ（飽和溶解濃度）の硫酸ナトリウム水溶液をそれぞれ調製し、これらを支持電解液Ｃとした。
【００７２】
そして、これら各流体を用い、実施例１と同様に支持電解液Ｃ種を変えて、電流・電圧特性を測定した。結果を図６に示す。
【００７３】
図６に示す結果から、酸性水溶液Ａ、塩基性水溶液Ｂ、支持電解液Ｃの種類を変えても、実施例１と同様な結果が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第１実施形態に係るマイクロ流体素子を示す模式的な平面図である。
【図２】第１実施形態に係るマイクロ流体素子を示す模式的な部分断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】第２実施形態に係るマイクロ流体素子を示す模式的な平面図である。
【図４】第２実施形態に係るマイクロ流体素子を示す模式的な部分断面図であり、図３のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】実施例１で測定した電流・電圧特性を示す図である。
【図６】実施例２で測定した電流・電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０   マイクロチャネルデバイス（マイクロ流体素子）
１２   主マイクロチャネル
１４Ａ，１４Ｂ       第１供給用マイクロチャネル（第１供給流路）
１４Ｃ 第２供給用マイクロチャネル（第２供給流路）
１４Ｄ，１４Ｅ       第３供給用マイクロチャネル（第３供給流路）
１４Ｂ 排出用マイクロチャネル
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ    各排出口
１６Ａ，１６Ｂ       第１排出用マイクロチャネル
１６Ｃ 第２排出用マイクロチャネル
１６Ｄ，１６Ｅ       第３排出用マイクロチャネル
１８   電極
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ    導入口
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ    排出口
２４   電極チップ
２６   マイクロチャネルチップ
Ａ     酸性水溶液
Ｂ     塩基性水溶液
Ｃ     支持電解液
Ｄ，Ｅ 気体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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