(57)【要約】流体セル内の固体と流体の界面において化学的または電気化学的プロセスの物質移動レートを上げるデバイスおよび方法。デバイスは、加工物の表面に近接し、加工物における流体速度が、主セル流とは別に制御されるように、プロセスセルを２つの室に分離するための膜を含む。そのため、拡散境界層は、流体が、加工物室から取り出されるレートによって制御され最小にされる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に近接し、基板を覆う多孔性膜と、
前記多孔性膜によって覆われる基板ポートとを備える装置であって、多孔性膜は、流体源が、基板と多孔性膜の間で、かつ、基板ポートを通って流れるように誘導し、基板と膜の間の流体流の前記流れは、流体の状態を変更し、多孔性膜を基板に近接して実質的に維持する、装置。
【請求項２】
前記基板を支持するベースをさらに備え、前記ベースは多孔性膜で覆われたベースポートを有し、前記ベースポートは基板と膜の間の流体と流体連通している請求項１に記載の装置。
【請求項３】
基板と多孔性膜の間に自由な排出層をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
多孔性膜は親水性である請求項１に記載の装置。
【請求項５】
基板は、電極、化学試薬、加熱器、冷却器、触媒、またはこれらの組合せである請求項１に記載の装置。
【請求項６】
多孔性膜と基板の間の流体の流れは、多孔性膜と基板の間の流体と流体連通する流量計、ポンプ、弁またはオリフィスによって制御される請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記基板と電源の間に少なくとも１つの電気接続をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項８】
多孔性膜にシールされた柔軟性屈曲部材を含み、前記屈曲部材は前記ベースと流体を通さないシールを形成し、前記多孔性部材および柔軟性屈曲部材は流体が流れている間、多孔性膜を基板に近接して維持する請求項２に記載の装置。
【請求項９】
基板に近接する流体の状態を変更する装置であって、
基板に近接し、基板を覆う多孔性膜を備え、
多孔性膜は、流体源が、基板と多孔性膜の間を流れるように誘導し、それによって、流体の状態が変更され、前記流体の流れが、多孔性膜を基板に近接して実質的に維持し、
基板を支持するベースを備え、前記ベースは、基板と多孔性膜の間の流体流の流れと流体連通するベースポートを有し、前記ベースポートは前記多孔性膜で覆われる、装置。
【請求項１０】
多孔性膜にシールされた柔軟性屈曲部材を含み、前記屈曲部材は前記ベースと流体を通さないシールを形成し、前記多孔性部材および柔軟性屈曲部材は流体が流れている間、多孔性膜を基板に近接して維持する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
多孔性膜は親水性である請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
基板と多孔性膜の間に自由な排出層をさらに備える請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
基板は、電極、化学試薬、加熱器、冷却器、触媒、またはこれらの組合せである請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
基板に接触する流体の状態を変更する方法であって、
流体源を装置のポートを通して流すことであって、前記装置は多孔性膜および固体基板を含み、前記ポートおよび基板は多孔性膜で覆われ、ポートを通って流れる流体はまた、基板と膜の間を流れ、その時に、流体の流れが多孔性膜を基板に近接して維持する、流体源を装置のポートを通して流すこと、および、
流体と基板の間で物質またはエネルギーの移動によって流体の状態を変更することを含む方法。
【請求項１５】
固体基板は、電極、化学試薬、熱交換器、触媒、またはこれらの組合せである請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
液体環境に曝された固体加工物の液体−固体拡散境界層における物質輸送（ｍａｓｓ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）を増加させる装置であって、
ハウジングに取り付けられ、固体加工物の表面に一致するようになされた多孔性高分子膜（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）であって、膜と加工物の間に区画を形成し、かつ、間隙を作成するように、加工物をプロセス液体供給源の一部分から分離するように構成された多孔性高分子膜と、
区画の外側から区画と流体連通する導管であって、それによって、膜を通る液体流が、吐き出し（ｆｌｏｗ）導管から液体を取り出すことによって制御され、加工物に沿う横方向の流れが、膜と固体加工物表面の間の間隙によって作成される、導管とを備える装置。
【請求項１７】
固体加工物表面と膜の間に自由な排出層をさらに備える請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
多孔性高分子膜は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、またはＰＶＤＦである請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
固体加工物は電極である請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
多孔性高分子膜は、固体加工物が形を変える時に、固体加工物の表面に一致するのに十分な柔軟性がある請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
多孔性高分子膜は、膜が、固体加工物の表面に一致することが可能になるように、リングまたはハウジングに固着される請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
多孔性高分子膜は、剛性リング、プレート、またはカップに取り付けられ、十分な膜が、固体加工物が形を変える時に、膜が固体加工物の表面に一致することを可能にする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
膜が、固体加工物が形を変える時に、膜が固体加工物の表面に一致することを可能にする柔軟部材に取り付けられ、
柔軟部材は屈曲形状を有する薄層フィルムであり、柔軟部材はハウジングに取り付けられる請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
多孔性高分子膜は、折り畳み式ハウジングに取り付けられ、折り畳み式ハウジングは、屈曲膜である請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
吐き出し導管は、加工物を貫通して延びる単一または複数の開いた導管である請求項２１に記載の装置。
【請求項２６】
多孔性膜は親水性である請求項１８に記載の装置。
【請求項２７】
流体は基板を覆うのに用いられる請求項１８に記載の装置。
【請求項２８】
液体と接触する少なくとも１つの表面を有する加工物の液体−固体拡散境界層における物質輸送を増加させる方法であって、
加工物の表面において表面液体流を提供すること、
表面液体流を液体源から分離し、分離された表面液体流の高さを加工物表面に沿って制限することによって、加工物表面における液体−固体拡散境界層を制御すること、および、
加工物の表面における液体流を生じさせるように、加工物の表面から液体を連続して取り除くことを含む方法。
【請求項２９】
加工物は電極である請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
加工物は電源に接続される請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
基板を液体で覆うことをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「ＤＥＶＩＣＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＣＲＥＡＳＩＮＧ  ＭＡＳＳ  ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ  ＡＴ  ＬＩＱＵＩＤ−ＳＯＬＩＤ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＢＯＵＮＤＡＲＹ  ＬＡＹＥＲ」という名称の、２００２年５月２日に出願された米国仮出願第６０／３７７，２５７号から優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
多くの製造プロセスは、フローセルの固体と流体の界面における化学的または電気化学的反応に依存している。その例は電解加工および固体触媒反応である。流体と固体界面の間での化学反応レートは、界面における反応体すなわち生成物の物質輸送レートによって支配される。フィック（Ｆｉｃｋ）の法則によって決まる物質輸送レートは、化学種の濃度、拡散係数に比例し、拡散境界層の厚みに反比例する。拡散境界層は、固体表面近くの流体速度によって確定されるため、流量が大きいほど物質輸送レート、したがって、反応レートが増加する。したがって、境界層を減らし、物質またはエネルギー輸送レートを向上させるための、流体と表面の間の化学プロセスでは、流体の攪拌または循環が一般に用いられる。
【０００３】
流体の容積が増すと、固体表面にわたって大量の流体を循環させるのに強力な攪拌が必要とされる。拡散境界層は、主に固体表面近くの流体速度によって確定されるため、流体の大部分（ｂｕｌｋ）は固体から流れ去り、流体界面は拡散境界層にほとんど影響を与えない。流体を循環させるのに用いられるエネルギーの大きな割合が無駄なものである。大流量に対する必要性が、こうした化学反応システムの設計の複雑さを増加させる。さらに、電気めっきプロセスなどの一定のコーティング用途には、均一な拡散境界が重要であるため、緻密な機器設計によって資本コストが高くなる。
【０００４】
表面に接触する流体間の反応を促進するための、物質またはエネルギー輸送レートを増加させる他の方法は、振動、衝当（ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ）噴射流、または噴霧を含む。しかし、こうした方法は、特定のプロセスの他の制約のために、実用的でないか、不可能であるかのいずれかである場合が多い。
【０００５】
プロセスの一貫性のために、固体表面にわたって均一な物質またはエネルギー輸送レートを提供することが有利である。電気めっきにおいて、アノードおよびカソード区画を分離するのに一般に膜が用いられるが、これらの膜は、大量の流体内においてだけイオンの移動を妨害するか、加速させるかのいずれかであり、上述した他の手段が用いられないならば、アノードまたはカソードにおける物質移動は制御されない境界層にゆだねられる。実際、米国特許第５，０９６，５５０号および第６，１２６，７９８号に記載される電気めっきシステムは、この界面における流体流の制御を考慮していない。米国特許第５，６１６，２４６号に記載されるアノードバッグもまた、この問題を考慮していない。ＪＰ４０５２２９６およびＥＰ４７１５７７などの他の文献もまた、固体−液体境界層の制御を適切に考慮していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固体および液体界面における流体流を制御し、大量の流体を循環させることなく、固体界面における物質またはエネルギー輸送レートを向上させることが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板上に流体の薄層フィルムを作成するための膜を利用することによって、基板と流体の間の界面における流体流を制御する装置を対象とする。デバイスを用いて、基板と流体の間の物質またはエネルギー移動を制御することができる。好ましくは、装置を用いて、固体−流体拡散境界層において基板から流体への物質移動を増加させる。装置および方法は、流体セル内の固体と流体の界面における化学プロセスの物質移動レートを増加させるのに用いられてよい。デバイスは、プロセスセルを２つの室に分離するための、基板または加工物の表面に非常に接近した膜を含み、それによって、加工物のところの流体速度は、主セル流とは別に制御される。加工物の拡散境界層は、加工物室から、または、加工物のポートを通って、流体が取り出されるレートによって制御され、最小にされる。
【０００８】
本発明の一実施形態は、固体加工物または基板の表面に一致（ｃｏｎｆｏｒｍ）するようになされた多孔性膜を有する装置である。多孔性膜は、他のプロセス流体から、または、より大きなプロセス流体流の流れの一部から加工物を分離するように構成される。装置による流体流の分離は、区画を形成し、多孔性膜と加工物または基板の間に間隙を作り出す。装置はまた、区画の外側から区画と流体連通するポートまたは導管を有してもよい。膜を通る液体流は、吐き出しポートまたは導管から流体を取り出すことによって制御され、それによって、基板または加工物の表面に沿った流体の流れが生ずる。膜と基板の間の流体流は、膜と基板の間の間隙で流体の薄層を作り出す。
【０００９】
本発明の一実施形態は、基板に近接し、基板を覆う多孔性膜を含む装置である。装置は、多孔性膜によって覆われるポートを有する。多孔性膜を通る流体流によって、流体の薄層は、基板と多孔性膜の間で、かつ、装置ポートを通って流れる。基板と膜の間の流体流の流れは、基板に関する物質および／またはエネルギーの移動によって、流体の状態を変更する。膜は、柔軟性があってもよく、または、基板が形を変える時に、膜が基板に近接したままになるような柔軟性を可能にする部材に接合されてもよい。基板は、電極、化学試薬、熱交換要素、冷却器、触媒、またはこれらの組合せであってよい。装置はさらに、基板を支持するベースを含んでもよい。ベースは、基板のポートと流体連通するポートを有してもよく、ベースポートはまた、多孔性膜によって覆われるか、または、閉囲される。
【００１０】
本発明の一実施形態は、多孔性膜にシールされた柔軟性屈曲部材を含む。屈曲部材は、ベースと流体を通さないシールを形成し、流体が流れ、基板の形が変わる間、多孔性膜を基板に近接して維持する。本発明の別の実施形態は、多孔性膜を基板に近接して維持し、基板と接触する流体流の厚みを制御するために、基板と多孔性膜の間での自由な排出材料の使用を含む。
【００１１】
本発明の一実施形態は、液体と接触する少なくとも１つの表面を有する加工物の液体−固体拡散境界層における物質またはエネルギー輸送を増加させる方法である。方法は、加工物の表面において表面液体流を提供すること、および、表面液体流を他の流体の流れから分離することによって、加工物表面における液体−固体拡散境界層を制御することを含む。膜と加工物表面の間の分離された表面液体流の高さは、表面液体流を生じさせるように、加工物の表面から液体を連続して取り除くことによって制御される。
【００１２】
方法はまた、基板と接触する流体の状態を変更することを含んでもよい。方法は、多孔性膜を通して、かつ、基板と膜の間で、流体源を流すことによって、基板上に流体の薄層フィルムを形成することを含む。膜と基板の間の流体流は、多孔性膜を基板に近接して保つ、すなわち、維持する。基板と膜の間を流れる流体の状態は、流体と基板の間の物質またはエネルギーの移動によって変更される。基板は、電極、化学試薬、熱交換器、触媒、またはこれらの組合せであってよい。基板を横切って流れた後、流体は、ハウジングおよび／または基板内にあってよい装置のポートを通って流れる。ポートは、多孔性膜によって、大量流体の供給源から分離され、ポートおよび基板は、多孔性膜によって閉囲されるか、または、覆われる。
【００１３】
ある程度、本発明の実施形態の他の態様、特徴、利益および利点は、以下の説明、添付特許請求の範囲、および添付図面を考慮することにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本構成および方法が説明される前に、本発明が、述べられる特定の分子、構成、方法、またはプロトコル（これらは変わる場合があるので）に限定されないことが理解されるべきである。説明において用いられる専門用語は、特定のバージョンまたは実施形態のみを述べるためのものであり、添付特許請求の範囲によってのみ制限される本発明の範囲をなんら制限することを意図していないことも理解されるべきである。
【００１５】
本明細書で、また、添付特許請求の範囲で用いられるように、単数形（「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」）は、文脈がはっきりそうでないと指示しない限り、複数の参照を含むことが留意されなければならない。別途定義されない限り、本明細書で用いる全ての技術的および科学的用語は、当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で述べるものと同じかまたは等価な任意の方法および材料が、本発明の実施形態の実施または試験に用いられることができるが、ここで、好ましい方法、デバイス、および材料が述べられる。本明細書で述べる全ての刊行物は、参照により組み込まれる。従来の発明があるために、本発明が、こうした開示に、先に日付けを与える資格がないと認めることと解釈されるべき理由は、本明細書には何もない。
【００１６】
図１Ａは、本発明の実施形態における装置の略図である。断面図は、基板または加工物１４ａを、スタンドオフ３０、および、基板または加工物１４ａに近接しかつそれを覆う一致した多孔性膜１２（点線または破線で示される）とともに示す。この孔性膜１２によって、境界層流体流２２によって画定される区画を作り出す。多孔性膜は、１つまたは複数の基板ポート３８およびベースポート２０を覆うか、または、囲み、膜流体流２８が、基板１４ａと多孔性膜１２の間で境界層流体の薄層フィルム２２として流れるように誘導するすなわち流れるようにさせる。
【００１７】
境界層流体２２は、流体セルまたはベース１０内で多孔性膜１２と基板の間を流れる。膜１２の上の流体源１６は、流れるかまたは静止していてよく、導管内の流体、再循環流体流システム内の流体、または、大量流体の供給源からの流体であってよい。膜流体２８は、一致した多孔性膜１２を通って流れ、流体がベースポート２０および基板ポート３８から取り出されるレート１８によって支配される。膜は、ガスケット、融着、または、接着剤を用いて、スタンドオフ３０と基板１４ａの間で固定３６されてもよい。膜流体流２８は、膜１２を通過した後、加工物１４ａの表面に沿って流れ、多孔性膜１２を基板１４ａに実質的に近接して維持する平均厚みすなわち高さ３２で維持される、流体の薄層フィルムすなわち境界層の流れ２２を作り出す。流体２２の状態は、流体源１６すなわち膜を通過して流れる前２８の状態に比べて変わる。物質および／またはエネルギーは、流体２２と基板１４ａの間で移動することができる。膜は、スタンドオフ３０と基板１４ａの間で基板に固定される。
【００１８】
電極、化学試薬、熱交換要素、触媒、またはこれらの組合せであってよい固体基板１４ａは、初期厚み３４ａ、または、流体が基板の表面に沿って流れる２２前の形を有する。図１Ｂは、流体の薄層フィルム２２と基板１４ａの間の物質移動により、その形状または厚み３４ｂが変わった後の基板１４ｂの略図である。境界層の流れ２２は、多孔性膜１２と基板１４ｂの間で実質的に比較的均一の厚みすなわち高さ３２を維持する。膜は柔軟性があり、それによって、基板が形を変える時に、多孔性膜は、基板の表面に近接したままになる。基板の形の変化は、図１Ａおよび図１Ｂでは理想化されている。本発明の実施形態と一貫性を持って、熱交換器である基板について、基板の形は変わらない。基板１４ａはもともと凹状か凸状であるか、または、そうなってもよく、基板の表面はもともと、窪みがあるか、溝があるか、または、そうなってもよいが、多孔性膜１２は、基板が形を変える時に、基板の表面に一致するのに十分に柔軟性がある。多孔性膜は、流体２２が流れる間、平均分離高さ３２で基板１４ａに近接したままである。基板１４ａは、物質を失うように示されるが、基板はまた、流体から混入物質を取り去って基板上に堆積させることによってもたらされる物質の獲得および高さの増加を示してもよい。図は例示のためであり、本発明の範囲を制限することを意図しない。
【００１９】
図２Ａは、少なくとも１つの接続２６が基板１４ａと行われる本発明の実施形態を示す。接続は好ましくは、熱交換または電気化学プロセスのケース用の適当な電源に対して行われる電気接続であるが、接続２６はまた、基板１４ａに対するヒートシンクを提供してもよい。基板が、複数の片またはインゴットからなっている場合、基板片との電気的または熱的接続を提供するために、プラチナメッシュまたは他の不活性でかつ電気的にかまたは熱的に伝導性のあるメッシュ（図示せず）が、当業者によく知られているように固体片の下に置かれてもよい。図２Ａはまた、多孔性膜１２と基板１４ａの間に位置する多孔性排出層２４を示す。排出層は、膜１２に対する支持を提供し、基板に沿った境界層の流れ２２に対する付加的な通路を提供する。好ましくは、排出層２４は、デラウェア州のＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓから入手可能なＴＹＶＥＫ（登録商標）、または、他の繊維状ポリエチレン、ポリプロピレン、または、他の化学的に適合する材料でできている。好ましくは、ＴＹＶＥＫ（登録商標）などの自由な排出層は、親水性にされるために親水化される。図２Ａは、膜が、自由な（ｌｏｏｓｅ）排出層材料２４および流体の薄層フィルム２２によって基板１４ａから平均分離距離（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）３２で維持されるのを略図で示す。図２Ａは、自由な排出層２４が介在した状態での、基板１４ａと膜１２の間の流体流層２２を示す。基板１４ａは初期厚み３４ａを有する。
【００２０】
図２Ｂは、自由な排出層２４および、物質移動によって基板の厚みが減って厚さ３４ｂになった後の、基板１４ｂに一致し且つ平均分離距離３２で流体流層２２を維持する膜１２を示す。
【００２１】
図３は、流体セルまたはハウジング５０内で膜５２と基板５４の間の境界層流体流６２によって示される区画または間隙を作成する加工物および一致した膜５２の断面略図である。膜は、剛性リング、プレート、またはカップ（流体セル５０を含む）に取り付けられ、十分な膜が、固体片が形を変える時に、膜が固体片の表面に一致することを可能にする。膜は、限定はしないが、融着、超音波接合、または接着剤を含む方法によって、７６でセル５０に接合されてもよい。流体セルまたはベース５０は、再循環流体システムの一部であるか、または、単一フロースルーデバイスの一部であってよい。流体源５６は流れるかまたは静止していてもよい。図３において、膜５２に入り、膜５２を通過する膜流体流６８は、加工物または基板５４の外側周辺で維持される薄層フィルムまたは境界層の流れ６２を作成する。境界層の流れは、基板５４が搭載される多孔性またはマルチオリフィスリング７０を通り、流路７２を通って誘導され、概略流れライン５８で示すように、流体導管６０を通って取り出される。接続６６は加工物５４に取り付けられているのが示される。
【００２２】
図４は、加工物１０４および柔軟性屈曲部材１２８と接合した多孔性膜１０２の断面略図である。柔軟性屈曲部材１２８は、ハウジングまたは加工物保持器１００に接続される取り付けリング１２６に接続される。多孔性膜１０２は、屈曲部材１２８に取り付けられ、ハウジング１００内の境界層流体流１１２によって形成される、基板１０２と多孔性膜１０２の間の区画または間隙を作成する。膜１０２、柔軟性屈曲部材１２８、および取り付けリング１２６は好ましくは、同じ高分子材料であり、互いに融着されるが、その代わりに一体シールを作成するために、機械的に締め付けることもできる。取り付けリング１２６は、ハウジング１００に融着するか、または、加工物１０４を交換するべく区画が開くようにするために機械的に取り付けることができる。流体流１０６からの膜流体１１８の流れの一部は、膜内に、そして、基板１０４の表面を横切って流れ、多孔性排出層１１４と共に境界層の流れ１１２を作成する。流体１１２のエネルギーまたは化学的状態は、基板１０４によって変更され、下か、または、加工物１０４が搭載される側にある多孔性の単一開口またはマルチオリフィスリング１２０を通過することによってハウジング１００を出る。流体は、流路１２２に沿って流れることができ、ハウジング１００のベースの流体ポート１１０を通る流体１０８として取り出される。任意選択の接続１１６は、基板のヒートシンクのためか、または、電気接続のために加工物１０４に取り付けられるのが示される。接続は、ハウジング１００のベースと流体を通さないシール（図示せず）を形成する。
【００２３】
図５は、加工物１４４、および、主流体源１４６から分離されることができる区画を形成する、柔軟かまたは剛性のフィルムあるいはベース１４０に取り付けられる、一致した多孔性膜１４２の断面略図である。一致した膜１４２は、柔軟かまたは剛性のフィルムあるいは膜１４０に、１６６で熱可塑性的にシールされるか、または、機械的に締め付けられることができる。その一部が、膜流体流１５８である主流体源からの流れは、概略流体流ライン１４８で示すように、ベースのポート１３０および基板１４４のポート１６８から取り出されるレートに等しいレートで膜１４２を通って流れる。基板１４４と膜１４２の間の境界層流体流１５２は、流体が基板１４４にわたって通過する時に物質またはエネルギーの交換によって流体１５２の状態の変化をもたらす。基板１５６への接続が示される。図５Ｂは、膜１４２と基板１４４の間の流体流１５２が、複数の開口導管またはポートを通り、たとえば、ベースポート１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃはベースを貫通して延び、複数の開口またはポート１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃは、基板または加工物１４４を貫通して延びる、装置を示す。ポートは、ポートに取り付けられた導管（図示せず）を通して外部流れ回路に接続されてよい。図５Ｃは、開口１５４がベース１４０のポート１３０に接続された状態の導管１５０および流体流１４８および基板１４４を横切る流体流１５２を調節するデバイス１６０を示す。装置は、外部流れ回路（図示せず）に接続されてよい。
【００２４】
図６は、本発明の実施形態の略図である。供給源流体１８６からの膜流体流１９８の一部は、多孔性膜１８２を通って流れる。流体は、基板１８４の表面に沿って境界層の流れ２０２を作り出す。多孔性膜１８２は、基板１８４ならびに装置ベース１８０のポート１９０ａおよび１９０ｂの両方を囲む。装置ベース１８０のポート１９０ａおよび１９０ｂは、基板と接触する流体２０２がベース１８０を出るのを可能にする。装置を出る流体１８８は、限定はしないが、混入物質除去、フィルム堆積、または、温度調節（図示せず）を含むさらなるプロセスのために用いられてもよい。図は２つの接続１９６ａおよび１９６ｂを示し、電源への電気接続用であるか、または、基板のヒートシンク用であってよい。電気接続は、基板１８４および流体２０２を加熱または冷却するのに用いられてもよい。境界層の流れ２０２は、平均分離高さ１８４で基板１８４に近接して多孔性膜１８２を維持し、流体２０２の状態の変化をもたらす。
【００２５】
図６に示す装置は、多孔性膜１８２にシールされた柔軟性屈曲部材２０８を含む。屈曲部材２０８は、ベース１８０と流体を通さないシール２０６を形成し、多孔性膜１８２を基板１８４から平均分離距離で維持し、それによって、膜は、流体流２０２中に、基板１８４の形が変わる間、基板１８４に近接する、すなわち、一致する。柔軟性部材２０８は、波形のまたは屈曲した形状を有する分離した多孔性または非多孔性薄層フィルムであってよい。柔軟性部材２０８は、図示するように、固着されたリングまたはハウジングに２０６で取り付けられてもよい。
【００２６】
本発明の一実施形態において、膜は、２０６で固着されたリングまたはハウジングに直接接合される（図示せず）。基板が形またはサイズを変える時に、膜が、基板に一致し近接するように十分な膜が存在する。自由な排出層はまた、膜と共に、固着されたリングまたは２０６でハウジングに直接接合されてもよい（図示せず）。
【００２７】
図７は、本発明の実施形態の略図である。装置は、基板２２４に近接し、基板２２４を囲む多孔性膜２２２および多孔性膜によって閉囲された基板２２４のポート２４８を含む。多孔性膜２２２は、保持リング２４２によって２３６で基板２２４により固定されてよい。多孔性膜２２２は、流体源２２６の一部からの膜流体流２３８が、基板２２４と多孔性膜２２２の間で、かつ、基板ポート２４８を通る薄い境界層流体フィルム２３２として流れるように誘導する。基板２２４と膜２２２の間の流体流２３２は、流体フィルム２３２の状態を変更し、実質的に、基板２２４に近接する平均分離距離で多孔性膜を維持する。変更された流体２２８は、流体流回路への接続のための導管（図示せず）を固定する任意選択の部材２３０を有する基板ポート２４８を通って出る。
【００２８】
図９は、燃料電池における本発明の使用を説明する略図である。燃料電池は２つの電極、たとえば、カソード２７８およびアノード２８４、メタノールまたは水素などの燃料の供給源２６６、およびオキシダント２６８を含む。多孔性膜２７６は、アノード２８４の表面に一致し、多孔性膜２７６とアノード２８４の間の境界流体流２８２は、ポンプ２８０によって維持され、流体源の流れ２７４を供給する。
【００２９】
本発明は、固体加工物と流体の間の流体−固体拡散境界層における物質またはエネルギー輸送を増加させる装置である。装置は、固体加工物または基板の表面に一致するようになされた多孔性膜を含む。膜は、固体加工物ならびにハウジングおよび／または加工物を含んでもよい装置のポートの周囲に構成され、かつ、それらを覆うかまたは囲む。より大量の流体流の一部であってよい流体は、多孔性膜を通過し、多孔性膜と加工物の間を流れる。加工物に沿った横方向の流体流が、膜と基板の間に生じ、流体が充填され、膜と固体加工物表面の間の容積によって画定される間隙または区画を作り出す。物質および／またはエネルギー交換が、間隙内の固体基板と流体の間で起こり、その流体の化学的かまたはエネルギーの状態を変更する。たとえば、物質移動は、限定はしないが、基板と膜の間の薄い流体層を作成する膜の使用による、基板へのまたは基板からのイオン移動を含む。エネルギー移動は、限定はしないが、基板と膜の間の薄い流体層を作り出す膜の使用による、基板へのまたは基板からの、熱エネルギー移動を含む。膜を通り、かつ、基板と膜の間にある流体流は、基板またはベースのポート、あるいは、こうしたポートに接続される導管を介して制御されてよい。ポートまたは導管は、区画の外側から区画と流体連通する。
【００３０】
多孔性膜と基板の間を流れる流体の薄層フィルムの厚みまたは高さは、局所的な流体速度、装置ポートを通した流体取り出し量レート、膜の孔径、および基板輪郭により、基板および膜の端から端へと高さが変わる場合がある。多孔性膜は、基板に物理的に接触してもよく、好ましくは、多孔性膜は、流体のフィルムまたは境界層流体流によって基板から離れる。多孔性膜と基板の間の薄い流体フィルムの厚み、分離距離、または、高さは、平均値を有し、好ましくは、薄層フィルムの分離距離は、膜と基板の間の平均分離距離の約５０％未満だけ変わる。薄い流体フィルムは、限定はしないが、約２０００ミクロン未満、好ましくは、約７５０ミクロン未満の平均高さであってよい。膜が、実質的に固体加工物または基板に近接して維持されることによって、多孔性膜および／または自由な排出層は、限定はしないが、上述した変形形態の任意のものを含んで、薄層フィルムの高さだけ、固体基板または加工物の表面から離れることになる。
【００３１】
デバイスの多孔性膜は、限定はしないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、またはポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）などの高分子材料であってよい。本発明は、固体表面および固体表面に一致し、固体表面を囲み、孤立した流体区画を形成する多孔性膜の界面において、均一で薄い拡散境界層を作成するデバイスである。多孔性膜が、親水性である（膜の表面修飾によってそうなる）か、または、（ポリサルフォン、ポリアリルサルフォン、または、ポリエーテルサルフォンなどの）親水性高分子化合物でできていることも有利である。こうした特性を有する材料は、多孔性膜と基板の間の区画において気体取り込みがある場合にも、膜を通して均一な液体流を確保することができる。
【００３２】
多孔性膜についての孔径は、０．００５ミクロン〜約５０ミクロン、好ましくは、約０．５〜約２０ミクロンの範囲であってよい。多孔性膜の孔径は、膜を通る液体流を制御し、多孔性膜と基板の間に流体の薄層フィルムの厚みを得るのに用いられてもよい。膜はまたフィルタ媒体として働いてもよい。膜の厚みは、約１〜５００ミクロン、好ましくは、約５〜約５０ミクロンの範囲にあってよい。膜は、化学的かつ熱的に流体および固体表面と適合性があり、膜が基板に一致する時に膜に強度を与える厚みを有さなければならない。膜を通した流体の圧力降下は、多孔性膜の孔径ならびに膜における孔の数および分布によって変更されてもよい。膜は親水性かまたは疎水性であってよい。膜の表面エネルギーは、膜へのコーティングの塗布によってか、または、膜表面の化学的修飾によって変更されてもよい。
【００３３】
多孔性膜は好ましくは、固体片が形を変える時に、固体片の表面に一致し、実質的に表面に近接したままになるのに十分に柔軟性がある。膜は、使用中に、一体のままであり、膜を通して一定流量を維持しなければならない。膜が、固体加工物表面に一致することを可能にさせるように、膜はリングまたはハウジングに固着されてもよい。膜は、図７に示すように、保持リングによって基板に固定されてもよい。膜は剛性リング、プレート、またはカップに取り付けられてもよく、十分に余剰な膜材料が、固体片が形を変える時に、膜が固体片の表面に一致することを可能する。。膜は基板とリングの間に取り付けられてもよい。基板が形を変える時に、柔軟性部材および膜が、基板の表面に一致することを可能する柔軟性がある屈曲部材に膜が取り付けられてもよい。屈曲部材は、スピーカコーンをバスケットに接続する音声拡声器の周辺部分と構成および機能が同じである。屈曲部材は、成形または熱成形によって、薄い柔軟プラスチック材料から形成されてよい。屈曲部材は、薄い固体プラスチック材料、薄い多孔質発泡体、織プラスチックまたは不織プラスチック材料でできている可能性がある。ポリエチレンの薄い固体プラスチックフィルムは、融接を達成することができるような好ましい実施形態である。屈曲部材は、両者が融着されることができるような、膜と同じかまたは同様な材料でできていることが好ましい。
【００３４】
柔軟性部材は、波形のまたは屈曲した形状を有する分離した多孔性または非多孔性薄層フィルムであってよく、柔軟性部材は、固着されたリングまたはハウジングおよび膜に取り付けられる。膜は、屈曲部材として用いられ、固着されたリングに直接取り付けられてよい。基板が形を変える時に、基板の範囲に対応するのに過剰な膜が用いられてもよい。屈曲部材に取り付けられた多孔性膜によって、境界層流体流が固体基板と多孔性膜の間に存在する状態で、基板と多孔性膜の間の区画または間隙が形成されることが可能になる。多孔性膜、柔軟性のある屈曲部材、および任意選択の取り付けリングは好ましくは、同様な高分子材料であり、共に融着されるが、あるいは、一体シールを作成するために、機械的に締め付けられることもできる。取り付けリングは、加工物保持器に融着されるか、または、加工物を交換するために区画が開くようにするために機械的に取り付けられることができる。
【００３５】
装置は、固体基板に近接し、固定基板を囲むかまたは覆う多孔性膜および多孔性膜による装置の出口ポートを含む。膜は、固体基板の表面に一致し、流体が固体と多孔性膜の間を流れ、両者の間に区画または間隙を作成するため、固体基板の表面に近接したままになる。流体は、多孔性膜を通って膜と固体基板の間を流れ、その後、基板、ハウジング、または両方にあってよい、装置のポートを通って流れる。好ましくは、膜は、液体が、膜を通って流れることができるように液体に対して多孔性である。装置ポートを通る流体は、装置を出て、流体は、流体流れ回路に接続されてよい。基板と膜の間を流れる流体の薄層の状態は、基板との接触によって変更される。本発明の実施法において、膜は、流体が流れ、基板の形が変わる間、実質的に、基板に近接したままである。境界層は、基板表面において流体速度の関数である。これは、多孔性膜を通る流体および膜と基板の間の距離（自由な排出層によっても維持される可能性がある）によって支配される。特定の境界層の厚みが所与のプロセスに与える影響は、プロセス材料（液体および固体基板）および物質移動レートの点からのその濃度によって決まる。材料の構成は境界層に影響を与える。親水性膜、より開口の大きい（ｏｐｅｎ）膜、横方向の良好な流れ能力を有する薄い支持層の使用によって、流体流量を向上させることができ、したがって、境界層が低減するであろう。
【００３６】
デバイスはさらに、固体表面と膜の間の自由な排出層を有してもよい。排出層は、多孔性膜なしで流体流が存在する状態では、好ましくは、基板の表面において境界層より薄い。排出層は、織材料、網織材料、編み出し材料、ウール、または、他の繊維状メッシュ材料から作られてよい。有益な自由な排出材料は、限定はしないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレンなどの化学的に適合性のある高分子化合物、水晶、またはガラス材料を含む。好ましくは、自由な排出層は、デラウェア州のＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓから入手可能なＴＹＶＥＫ（登録商標）であり、好ましくは、ＴＹＶＥＫ（登録商標）は親水化される。
【００３７】
好ましくは、本発明の種々の実施形態で用いられる親水性多孔性膜および／または自由な排出層は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第４，７７８，６０１号および第４，８２８，７７２号に開示される予備成形された超高分子量ポリエチレン（ＵＭＷＰＥ）多孔性膜を利用する。これらの膜または自由な排出層は、親水性にするために、表面を修飾されてもよい。膜または排出層は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第４，６１８，５３３号に開示される架橋された親水性高分子化合物を用いて親水性にされてもよい。親水化された膜は、リングまたはハウジングおよび同様に親水性のスパンボンデッドされた高濃度ポリエチレンの自由な排出層に取り付けられてもよい。ポリテトラフルオロエチレン膜および他のパーフルオロ系高分子化合物が、用いられ、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，６２９，０８４号および第５，９２８，７２９号に開示される方法および成分によって親水性にされてもよい。
【００３８】
装置ポートを介して膜と基板の間から流体を取り出すことによってか、または、加工物区画から流体を取り出すことによって、大量の流体源または流体流からの新鮮な溶液が、多孔性膜を通して導入される。任意選択で、膜と固体表面の間の（不織の、メルトブローされるかまたはスパンボンデッドされたＨＤＰＥ、ポリプロピレン、ＥＣＴＦＥなどの）多孔性材料からなる排出層は、固体表面に沿った一定流量の流路を提供するのに用いられてもよい。流体が、膜と固体表面の間に流れるように押しやれられるため、流体は、基板表面に一致する薄い拡散境界層を作成する。このため、化学的または電気化学的な高い反応レートを達成することができる。流体源は、静止しているか、または、流れていてもよく、気体、液体、または、超臨界流体を含んでもよい。
【００３９】
本発明において、固体基板または固体加工物は、電極、化学試薬、熱交換要素、触媒、またはこれらの組合せであってよい。装置はさらに、基板を支持するベースを含んでよい。基板または加工物は、熱交換器または電極の場合と同様に、固体モノリシック材料であってよい。基板はまた、ベースによって支持されることができる基板を形成するために、共に固定され、嵌合され、または、配置されるインゴットのような小さな片でできていてもよい。基板は、フリット基板または加工物を形成するために、共に圧縮成形されるか、または、焼結される粉末でできていてもよい。多孔性膜は、固体の表面に一致するか、または、表面に近接し、膜と固体の間で流体が流れるのを可能にする。基板の成分は、限定はしないが、銅、ニッケル、種々のステンレス、炭素、プラチナのような貴金属、シリコンカーバイドなどの被覆材料、およびアルミナのようなセラミックを含んでよい。
【００４０】
１つまたは複数の電気接続、あるいは、基板をヒートシンクするための１つまたは複数の接続が行われてもよい。たとえば、チタンなどの化学的に不活性な材料による電気接続が、基板を用いて、ＤＣ電源またはＡＣ電源に対して行われてもよい。接続を通して流体が流れるのを防止するために、接続は、ハウジングを通して密閉される。基板が、導電性片またはインゴットからなるところでは、片との電気的または熱的接続を提供するために当業者に知られているように、プラチナメッシュまたは他の導電性メッシュが、固体片と接触するように設置されて、片への電気接触を提供してもよい。
【００４１】
多孔性膜を通過し、基板と接触する流体は、気体、液体、または、超臨界流体を含んでもよい。膜が、懸濁材料による膜の目詰まりまたは閉塞を防止するのに十分に多孔性であれば、流体は懸濁材料を含んでよい。限定はしないが、酸、塩基、または溶解した塩、エチレングリコール、酢酸、フォトレジストなどの有機液体を含む水性溶液はまた、本発明の装置および方法と共に用いられてもよい。
【００４２】
装置において、膜は、大量の流体源を基板およびポートから分離する。ポートは、基板、ベース、または、その両方にあってよい。ポートは、図１〜図７に示すように膜によって覆われる。ポートによって、基板と物質またはエネルギーを交換した流体が、装置を去ることが可能になる。ポートは、流体流制御または計量デバイス、プロセスツールの流体流回路、導管、または、別の流体容器に接続されてよい。基板は、図１Ａに示すように単一ポートを有してもよく、基板は、図５Ｂに示すように複数のポートを有してもよく、または、基板は、複数の孔（図示せず）からなる焼結材料であってもよい。多孔性膜の場合、基板を通る流量は、たとえば、図３に示すように、ベースのポートのサイズによって制御されてもよい。装置において、ベースは、図６に示すように、流体流用の１つまたは複数のポートを有してよく、この場合、基板は固体であってよい。ベースおよび基板または加工物が、ポートまたは導管を有するところでは、それらは、流体が、多孔性膜と基板の間から取り除かれるように、互いに流体連通しており、それによって、多孔性膜を基板に近接して維持し、流体の状態を変更する。ベースと基板の間のポートおよび／または導管は整列してよい。
【００４３】
電気化学的プロセスでの加工物の腐食によってなどで、その表面、サイズ、または形が徐々に変わる固体や、流体から混入物質を析出させる（ｐｌａｔｅ  ｏｕｔ）電極の場合、析出、溶解、または腐食によって、固体表面が形を変える時に、多孔性膜が固体表面に一致することを可能にするのに、自由な、柔軟性があるか、または、可動の多孔性膜を用いてもよい。
【００４４】
より具体的には、本発明は、流体の大部分を固体加工物から分離し、流体流回路と流体連通する吐き出しポートを有する、実質的に分離した流れ区画を作成する多孔性膜を使用する。導管は、流体流回路への物理的接続を提供するためにポートに接続されてもよい。導管は、装置ポートに対して、溶着式か、ねじ込み式か、または、フレア式接続を含んでもよい。ポートは、弁、または、限定はしないが、ポンプ、流体流量計、またはオリフィスなどの他の流量制御デバイスに直接に接続されてもよい。吐き出し導管を通って流体流を制御することによって、膜を横切る流体流量が調節される。膜の上流の正圧または吐き出し導管の下流の負圧が膜を横切る流体流を作成する。多孔性の高い不織膜などの、分離した自由な排出層は、膜と基板の間の距離を制御し、膜と基板の物理的接触による流れの閉塞を防止するために、多孔性膜と固体表面の間で用いられてもよい。膜を通る流体流量を増加させることによって、流体速度が上がり、境界層フィルムの厚みが減る。
【００４５】
本発明において、流体の状態は、基板と流動流体の間での物質またはエネルギーの輸送によって変更される。基板は、電極、化学試薬、熱交換器、触媒、またはこれらの組合せであってよい。本発明の用途は、液体および固体界面にて電気化学的反応が起こる、限定はしないが、電気めっき用セル、電解槽、流体を循環させる電池、燃料電池などの電気化学セルの固体電極を含む。本発明は、電解研磨、電解加工、または化学的研磨プロセスにも適用可能である。基板は、抵抗性加熱器またはペルチエ冷却器などの熱交換デバイスであってよく、別法として、基板は、アノードまたはカソードなどの電極であることができるであろう。基板およびポートが多孔性膜で閉囲されているポートを通して流体源を流すことによって、基板と接触する流体の状態が変更されてもよい。膜を通して流体を流すことによって、膜と基板の間に薄い流体フィルムが形成され、流体と基板の間での物質またはエネルギーの移動によって流体の状態が変更される。基板の形および／またはサイズが変わっても、多孔性膜は、基板に近接したままである。
【００４６】
装置のハウジングまたはベースは、基板によって変更される流体が流れるための１つまたは複数のポートを有してもよい。加工物を貫通して延びる単一かまたは複数のポートが存在してもよい。加工物の下かまたは側面にある単一かまたは複数の開口導管が存在してもよい。ベースポートまたは基板ポートは、任意選択で、流体流システムの一部として導管に接続されてもよい。取り付け具は、溶着式か、ねじ込み式か、または、フレア式取り付け具を含んでよい。デバイスはさらに、基板を支持するベースを含んでよい。ベースは、基板ポートと流体連通するベースポートを有してよい。ベースポートは多孔性膜によって閉囲される。ハウジングは折り畳み式であるか、または、その一部であってよい。たとえば、図４に示すハウジングの側壁は、柔軟性があり、膜が基板に近接したままになることを可能にするように移動してもよい。
【００４７】
液体に少なくとも１つの面を接触している加工物の液体−固体拡散境界層における物質輸送の増加は、加工物の表面で液体の流れを提供し、膜を用いて、加工物表面液体の流れを他の液体の流れから分離することによって、加工物表面の液体−固体拡散境界層を制御することで達成されてもよい。加工物表面に沿った、分離した表面液体流の高さは、液体の流れを生ずる方法で、加工物の表面から連続して液体を取り除くことによって制御されてもよい。
【実施例１】
【００４８】
本発明を用いた、基板の境界層の厚みの制御が図８Ａに示される。本発明の膜によって閉囲される基板などの基板の境界層の厚みは、電気化学的方法によって確定される。この例では、基板を覆う多孔性膜は、約２０〜４０μｍの厚みを有する０．２μｍＵＰＥ膜である。たとえば、電気化学セルの限界電流は、流体内のイオンの所与のバルク濃度における流体境界層の厚みの関数であるということが知られている。限界電流密度は、関係、すなわち、ｉＬ＝［（ｎＦＤｉ（表面イオン濃度―バルクイオン濃度））／（境界層の厚み）］によって求められることができる。ここで、ｎは、対象のイオン、たとえば、カチオンＭ＋ｎ（すなわち、Ｃｕ＋２またはＮｉ２＋、ｎ＝２の対する）に対する電荷数であり、Ｆは、ファラディ定数であり、Ｄｉは、イオンの拡散係数である。Ｍ＋ｎに対する表面イオン濃度は、飽和溶液におけるイオンの濃度と考えてもよい。
【００４９】
膜がない場合２５０、膜を有する場合２５２、排出層および膜を有する場合２５４の固体基板における流体の境界層の平均厚みは、図８Ａに示すように、膜を通る液体の流量の関数としてそれぞれ与えられる。グラフは、膜がない２５０固体基板についての境界層と比べて、膜２５２か、または、排出層および膜２５４で覆われた基板についての境界層の厚みが減っているのを示す。
【００５０】
本発明は、図８Ｂに示すように、電極の改善された動作を提供する。図８Ｂにおいて、柔軟性のある多孔性膜が電極に近接して存在する状態での、時間経過に伴う、電極を有するセルの抵抗のパーセント変２５６化および電極の上に柔軟性のある多孔性膜が存在しない状態での時間経過に伴う、電極を有するセルの抵抗のパーセント変化２５８が示される。セルの抵抗は、それぞれのシステムにおける電極の安定性の尺度である。多孔性膜が電極に近接する電極は、膜がないセルに比べて、時間経過に伴うセル抵抗の変動がずっと小さい。グラフは、多孔性膜および本発明の装置が、流体の薄層フィルムおよび基板と多孔性膜の間での物質移動を制御することを示す。
【実施例２】
【００５１】
物質移動は、燃料電池効率の制限因子である。物質移動レートを最大にするために、アノード−カソード間隙は、狭く保たれ、イオン交換材料は電解液エリアで用いられる場合が多い。イオン交換膜は、イオン輸送レートおよび温度に限界を有し、酸素によって劣化することが多い。
【００５２】
燃料源２６６、オキシダント源２６８、および、アノード２８４の表面に隣接する一致した膜２７６を有する燃料電池は、図９に示すように、流体境界層２８２を制御し、物質移動を最大にするのに用いられることができる。燃料電池内で一致した膜を実現するために、ポンプ２８０を用いて、電解液再循環が確立されてもよい。電解液の再循環は、膜２７６を通過し、流体２８２をアノード２８４の表面を横切るように押し流す電解液の流れ２７４を提供するであろう。他の用途と同様に、膜と電極の間の薄い暗渠排出（ｕｎｄｅｒ  ｄｒａｉｎ）層は、流量および均一性を改善するのに用いられることができる（図示せず）。さらに、こうした溶液を実現するために、電極表面を処理して、アノード媒体を「あふれさせる（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）」機会を減らすように、電極表面を著しく疎水性にし、したがって、電解液（液体リン酸または水酸化カリウムである）への燃料（おそらく気体水素）の移動を減らすことが必要となる場合もある。
【００５３】
本発明は、固体−流体界面における物質またはエネルギーの移動を改善するのに必要とされる機器のサイズおよび複雑さを軽減する。これは、化学反応システムの設計の複雑さを簡単にし、こうした機器に対する資本費用を低減し、一定のコーティング用途、燃料電池の動作、および電気めっきプロセスによって重要である、基板−流体界面における均一な拡散境界層の形成を可能にする。
【００５４】
本発明を、本発明の一定の好ましい実施形態を参照してかなり詳細に述べたが、他のバージョンも可能である。したがって、添付特許請求項の精神および範囲は、本明細書に含まれる説明および好ましいバージョンに限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】基板のポートおよびベースのポートを覆うかまたは閉囲する膜を示す、本発明の実施形態の略図である。
【図１Ｂ】基板の形が変わった後の、基板に対する多孔性膜の関係を示す、図１Ａの装置の略図である。
【図２Ａ】基板のポートおよびベースのポートを閉囲する多孔性膜ならびに基板と多孔性膜の間の自由な排出層を示す、本発明の実施形態の略図である。
【図２Ｂ】基板の形が変わった後の、基板に対する多孔性膜と自由な排出層の関係を示す、図２Ａの基板の略図である。
【図３】基板およびポートを覆うかまたは閉囲する多孔性膜を示す基板の略図である。
【図４】基板を閉囲し、多孔性膜および装置ベースにシールされた柔軟性のある屈曲部材に接続される多孔性膜を示す基板の略図である。
【図５Ａ】基板および多孔性膜によって閉囲される流体流用のポートを有するベースの略図である。
【図５Ｂ】流体流用の複数のポートを有する基板の略図である。
【図５Ｃ】ポートが、導管および流体流量制御デバイスに接続されるポートを有する基板およびベースの略図である。
【図６】複数の接続を有する基板、ポートを有するベース、および、ベースのポートを閉囲するかまたは覆う、柔軟性のある屈曲部材に接続される多孔性膜の略図である。
【図７】ポートを有する基板を閉囲する多孔性膜の略図である。
【図８Ａ】本発明に関する、基板と多孔性膜の間の流体層の厚みのグラフである。
【図８Ｂ】多孔性膜が存在する状態での、時間経過に伴う本発明の安定性を示すグラフである。
【図９】本発明の電極および膜を有する燃料電池の略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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