JP2006351246A - 電力変換装置、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な電力を得ることが可能な電力変換装置、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】マイクロチャネルデバイス１０には、電力変換用液体の一方として酸性水溶液Ａと、電力変換用液体の他方として塩基性水溶液Ｂと、の層流が形成される主マイクロチャネル１２（主流路）を有しており、当該主マイクロチャネル１２の両端に２つの第１供給用マイクロチャネル１４Ａ（第１供給流路）及び第２供給用マイクロチャネル１４Ｂ（第２供給流路）と一つの排出用マイクロチャネル１６（排出流路）とがそれぞれ連通している。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、正電極は当該層流を構成する酸性水溶液Ａと、負電極は当該層流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。このような構成のマイクロチャネルデバイスを複数具備させる。
【選択図】 図１

Description

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を複数具備する電力変換装置、及びその製造方法に関する。

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。

マイクロ流体素子の構成要素は、断面寸法が数十〜数百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。

このような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１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。

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ １２８（２００４） ｐ５４〜６０

上記提案に加え、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、マイクロ流体素子単体での電力変換を行っているため、十分な電力を得られておらず、十分な電力を得ることが可能に当該マイクロ流体素子を集積化させることが望まれている。

従って、本発明は、十分な電力を得ることが可能な電力変換装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の電力変換装置は、
少なくとも２つの電力変換用流体の層流が形成され、当該層流領域で前記電力変換用流体間の反応による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、前記電力変換用流体を前記主流路に供給する少なくとも２つの第１供給流路及び第２供給流路と、
前記主流路の他端に連通され、前記電力変換用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、
前記主流路において層流を形成する前記少なくとも２つの電力変換用流体の各々に接触して配設された一対の電極と、
を有する電力変換用マイクロ流体素子を複数具備したことを特徴としている。

本発明の電力変換装置は、複数の電力変換用マイクロ流体素子を具備しているので、十分な電力を得ることが可能となる。

本発明の電力変換装置において、複数の前記電力変換用マイクロ流体素子を前記主流路の流液方向が異なるように配列された第１流体素子及び第２流体素子から構成し、当該第１流体素子及び第２流体素子を交互に配列することができる。この構成により、供給流路及び排出流路が偏在させることなく配置され、複数のマイクロ流体素子を高集積化でき、省スペースで十分な電力を得ることが可能となる。特に、Ｙ字型マイクロチャネル等のように供給流路と排出流路の数が等しくない流体素子を複数並べる場合には、このような配置にすることは効果的である。

本発明の電極変換装置において、前記排出流路を中心部へ配設し、前記第１供給流路及び第２供給流路を外周側へ配設するように、複数の前記電力変換用マイクロ流体素子を周方向に配列することもできる。この構成より、排出流路が中央部に集中して配置され、複数のマイクロ流体素子を高集積化でき、省スペースで十分な電力を得ることが可能となる。

本発明の電力変換装置において、隣合う前記電力変換用マイクロ流体素子における前記一対の電極のうち、対向する電極を共通化することができる。この構成により、電極形成領域が小さくなり、省スペースで十分な電力を得ることが可能となる。

本発明の電力変換装置において、複数の前記第１供給流路に連通され前記電力変換用流体を前記第１供給流路に共通して供給する第１共通供給流路と、複数の前記第２供給流路に連通され前記電力変換用流体を前記第２供給流路に共通して供給する第２共通供給流路と、複数の前記排出流路に連通され前記電力変換用流体を前記排出流路から共通して排出する共通排出流路と、をさらに具備することができる。この構成では、各供給流路や各排出流路に一括して電力変換用液体を供給・排出する共通流路を別途設けることで、個々の供給流路や排出流路から電力変換用液体を供給・排出する流路構成に比べ、流路長を短くすることができ、省スペースで十分な電力を得ることが可能となる。

また、このような構成において、前記主流路、前記第１供給流路、前記第２供給流路及び前記排出流路が形成された第１流路基板と、前記一対の電極が形成された電極基板と、前記第１共通供給流路、第２共通供給流路及び共通排出流路が形成された第２流路基板と、を積層した積層構造とすることができる。この構成により、各基板に各流路や電極を機能別に分離して形成することで、各流路や電極を密に形成できるため、マイクロ流体素子を容易に高集積化が実現でき、省スペースで十分な電力を得ることが可能となる。

また、前記電極基板を介して前記第１流路基板及び前記第２流路基板を順次積層し、前記電極基板に設けた貫通流路を介して、前記第１供給流路と前記第１共通供給流路、前記第２供給流路と前記第２共通供給流路、及び前記排出流路と前記共通排出流路、をそれぞれ連通することができる。さらに、前記電極基板上に前記第１流路基板及び前記第２流路基板を順次積層し、前記第１流路基板又は前記第２流路基板に設けた貫通流路を介して、前記第１供給流路と前記第１共通供給流路、前記第２供給流路と前記第２共通供給流路、及び前記排出流路と前記共通排出流路、をそれぞれ連通することもできる。これら構成により、各流路の連通を基板積層方向で３次元的に行わせて流路形成領域が削減させることで、マイクロ流体素子を容易に高集積化ができ、省スペースで十分な電力を得ることが可能となる。

一方、本発明の電力供給装置の製造方法は、
少なくとも２つの電力変換用流体の層流が形成され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電力変換用流体を前記主流路に供給する少なくとも２つの第１供給流路及び第２供給流路と、
前記主流路の他端に連通され前記電力変換用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、
前記主流路に形成された前記電力変換用流体の層流に接触して配設された一対の電極と、
を有する電力変換用マイクロ流体素子を複数具備し、
複数の前記第１供給流路に連通され前記電力変換用流体を前記第１供給流路に共通して供給する第１共通供給流路と、
複数の前記第２供給流路に連通され前記電力変換用流体を前記第２供給流路に共通して供給する第２共通供給流路と、
複数の前記排出流路に連通され前記電力変換用流体を前記排出流路から共通して排出する共通排出流路と、
をさらに具備した電力変換装置の製造方法であり、
前記主流路、前記第１供給流路、前記第２供給流路及び前記排出流路を基板表面に形成する第１流路基板作製工程と、
前記一対の電極を基板表面に形成する電極基板作製工程と、
前記第１共通供給流路、第２共通供給流路及び共通排出流路を基板表面に形成する第２流路基板作製工程と、
前記第１流路基板、前記電極基板、及び前記第２流路基板を積層する基板積層工程と、
を有することを特徴としている。

本発明の電力変換装置の製造方法では、上記本発明の電力変換装置で説明したように、マイクロ流体素子を容易に高集積化ができ、省スペースで十分な電力を得ることが可能な電力変換装置を得ることができる。

本発明によれば、十分な電力を得ることが可能な電力変換装置、及びその製造方法を提供することができる。

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。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置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装置を示す模式的な分解斜視図である。図３は、第１実施形態に係る電力変換装置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４は、第１実施形態に係る電力変換装置を示す模式的な部分断面図であり、図１のＢ−Ｂ’断面図である。

本実施形態に係る電力変換装置は、図１〜図４に示すように、Ｙ字型のマイクロチャネルデバイス１０（電力変換用マイクロ流体素子）が複数具備されている（本実施形態では５個）。マイクロチャネルデバイス１０には、電力変換用液体の一方として酸性水溶液Ａと、電力変換用液体の他方として塩基性水溶液Ｂと、の層流が形成される主マイクロチャネル１２（主流路）を有しており、当該主マイクロチャネル１２の両端に２つの第１供給用マイクロチャネル１４Ａ（第１供給流路）及び第２供給用マイクロチャネル１４Ｂ（第２供給流路）と一つの排出用マイクロチャネル１６（排出流路）とがそれぞれ連通している。

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２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、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、正電極は当該層流を構成する酸性水溶液Ａと、負電極は当該層流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４参照）。

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。

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。

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、白金黒を適用している。

マイクロチャネルデバイス１０は、主マイクロチャネル１２に形成される層流の流液方向が異なように配置された第１デバイス１０Ａと第２デバイス１０Ｂとで構成している。これら第１デバイス１０Ａと第２デバイス１０Ｂとは、主マイクロチャネル１２の流液方向が１８０°異なっているが、これに限られず、互いの流液方向が、例えば、互いに１２０°〜１８０°程度異なっていればよい。

そして、互いの主マイクロチャネル１２が平行になるように、第１デバイス１０Ａと第２デバイス１０Ｂとが、例えば、主マイクロチャネル１２幅にもよるが、互いの主マイクロチャネル１２間距離１０００μｍ程度とする間隔で交互に配列している。

このように各マイクロチャネルデバイス１０を配列することで、各デバイスの主マイクロチャネル１２の両端側（流液方向に沿った両端側）に位置する、２つの供給用マイクロチャネル１４Ａ、１４Ｂと排出用マイクロチャネル１６との数が、互いにほぼ同一となり、当該マイクロチャネルを偏在させることなく配置させている。

また、隣合う主マイクロチャネル１２内に各水溶液の層流位置が流液方向に対し、互いに異なるように、第１デバイス１０Ａと第２デバイス１０Ｂとが配列している（図４参照）。つまり、第１デバイス１０Ａでは流液方向に対して右側が酸性水溶液Ａ、左側が塩基性水溶液Ｂの層流であり、第２デバイス１０Ｂでは流液方向に対し右側が塩基性水溶液Ｂ、左側が酸性水溶液Ａの層流である。従って、図４中では、第１デバイス１０Ａと第２デバイス１０Ｂが流液方向が反対なので、左側から酸性水溶液Ａ、塩基性水溶液Ｂ、酸性水溶液Ａ、塩基性水溶液Ｂの順となるように、各デバイスが配列されている。

そして、上記配列により、隣合うマイクロチャネルデバイス１０の各電極１８（正電極及び負極電極）の配置位置がそれぞれ対向するため、当該対向する電極を共通化している。結果、電極１８は、断続した帯状に形成され、個々に電極を形成する場合に比べ、電極形成領域が削減されている。なお、異極の電極を共通化、即ち連結しているので、Ｙ字型のマイクロチャネルデバイス１０（電力変換用マイクロ流体素子）を直列接続した出力特性を得ることができる。

各マイクロチャネルデバイス１０の各主マイクロチャネル１２の両端側に位置する各第１供給用マイクロチャネル１４Ａとそれぞれ連通した第１共通供給用マイクロチャネル２０Ａ（第１共通供給流路）が２つ設けられており、同様に、各第２供給用マイクロチャネル１４Ｂとそれぞれ連通した第２共通供給用マイクロチャネル２０Ｂ（第２共通供給流路）が２つ設けられている。

第１共通供給用マイクロチャネル２０Ａ及び第２共通供給用マイクロチャネル２０Ｂには、それぞれ酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂを導入する導入口２２Ａ，２２Ｂが設けられており、当該導入口２２Ａ，２２Ｂから当該第１共通供給用マイクロチャネル２０Ａ及び第２共通供給用マイクロチャネル２０Ｂを通じて、第１供給用マイクロチャネル１４Ａ及び第２供給用マイクロチャネル１４Ｂへ酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂが一括してそれぞれ供給される。

同様に、各マイクロチャネルデバイス１０の各主マイクロチャネル１２の両端側に位置する各排出用マイクロチャネル１６とそれぞれ連通した共通排出用マイクロチャネル２４（共通排出流路）が２つ設けられている。

共通排出用マイクロチャネル２４には酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂを排出する排出口２６が設けられており、排出用マイクロチャネル１６から共通排出用マイクロチャネル２４を通じて、酸性水溶液Ａ及び塩基性水溶液Ｂが一括して排出口２６から排出される。

このように、各供給用マイクロチャネル１４Ａ、１４Ｂに一括して各水溶液を供給する共通供給用マイクロチャネル２０Ａ、２０Ｂや、各排出用マイクロチャネル１６に一括して各水溶液を排出するや共通排出用マイクロチャネル２４を別途設けることで、個々のチャネルに各水溶液を供給したり、排出するようにマイクロチャネルを設ける構成に比べて、多くのマイクロチャネルを集積することができる。

本実施形態に係る電力供給装置は、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、図２に示すように、電極チップ３０（電極基板）を介して、第１マイクロチャネルチップ３２（第１流路基板）及び第２マイクロチャネルチップ３４（第２流路基板）を順次積層して、構成している。つまり、第２マイクロチャネルチップ３４、電極チップ３０、第１マイクロチャネルチップ３２を、この順で積層している。

第１マイクロチャネルチップ３２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、第２供給用マイクロチャネル１４Ｂ、排出用マイクロチャネル１６がそれぞれ所定の位置に形成されている。

電極チップ３０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、電極チップ３０には、第１供給用マイクロチャネル１４Ａと第１共通供給用マイクロチャネル２０Ａ、第２供給用マイクロチャネル１４Ｂと第２共通供給用マイクロチャネル２０Ｂ、排出用マイクロチャネル１６と共通排出用マイクロチャネル２４、をそれぞれ連通する連通口２８も所定の位置（各連通する各マイクロチャネルが重なる位置）に形成されている（図３参照）。

第２マイクロチャネルチップ３４には、第１共通供給用マイクロチャネル２０Ａ、第２共通供給用マイクロチャネル２０Ｂ、共通排出用マイクロチャネル２４、導入口２２Ａ，２２Ｂ及び排出口２６が所定の位置に設けられている。

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）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、各チップをシリコーンゴムで構成した。無論、各チップを異なる材料で構成してもよい。

このよに、各チップにマイクロチャネルや電極１８を分離して形成することで、各構成を密に形成することができる。また、電極チップ３０を貫通するように設けた連通口２８により、各マイクロチャネルの連通をチップ積層方向で３次元的に行わせることで、マイクロチャネル形成領域を削減している。

本実施形態に係る電力変換装置は、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、第１マイクロチャネルチップ３２及び第２マイクロチャネルチップ３４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と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。

また、電極チップ３０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。

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、本実施形態に係る電力変換装置を得ることができる。

このような構成の本実施形態に係る電力変換装置は、まず、導入口２２Ａから酸性水溶液Ａを導入すると、第１共通供給用マイクロチャネル２０Ａを経て、各連通口２８を通じて、第１供給用マイクロチャネル１４Ａへ一括して酸性水溶液Ａが流入する。同時に、導入口２２Ｂから塩基性水溶液Ｂを導入すると、第２共通供給用マイクロチャネル２０Ｂを経て、各連通口２８を通じて、第２供給用マイクロチャネル１４Ｂへ一括して塩基性水溶液Ｂが流入する。

そして、第１供給用マイクロチャネル１４Ａから酸性水溶液Ａが、第２供給用マイクロチャネル１４Ｂから塩基性水溶液Ｂが、それぞれ主マイクロチャネル１２へ流入すると、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の層流が形成され、当該水溶液間の界面で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。

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及び塩基性水溶液Ｂは、排出用マイクロチャネル１６へ流入した後、各連通口２８を通じ、共通排出用マイクロチャネル２４へ集められ、排出口２６から排出される。

このようにして、本実施形態に係る電力変換装置では、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。

以上、説明した本実施形態に係る電力変換装置では、複数のマイクロチャネルデバイス１０が容易に高集積化されており、省スペースで十分な電力を得ることが可能となる。つまり、単位面積あたりの電力エネルギー密度（単位面積あたりに得られる電力）が高い装置を実現している。

ここで、本実施形態に係る電力変換装置、即ちＹ字型のマイクロチャネルデバイス１０が５個直列接続された装置の出力特性（出力電圧−電流密度）を図８に示す。また、比較のために、Ｙ字型のマイクロチャネルデバイス１０が一つのみの装置（単一セル）の出力特性（出力電圧−電流密度）も図８に示す。各Ｙ字型のマイクロチャネルデバイス１０の条件は以下の通りである。
・酸性水溶液Ａ：Ｈ₂ＳＯ₄（０．５ｍｏｌ／ｌ）：Ｈ₂Ｏ₂（１ｍｏｌ／ｌ）＝２：１
・塩基性水溶液Ｂ：ＮａＯＨ（０．５ｍｏｌ／ｌ）：Ｈ₂Ｏ₂（１ｍｏｌ／ｌ）＝２：１
・酸性水溶液Ａ流速：０．１５ｍ／ｓｅｃ
・塩基性水溶液Ｂ流速：０．１５ｍ／ｓｅｃ

なお、本実施形態に係る電力変換装置では、電極チップ３０（電極基板）を介して第１マイクロチャネルチップ３２（第１流路基板）及び第２マイクロチャネルチップ３４（第２流路基板）を順次積層した形態を説明したが、これに限定されず、図５〜図６に示すような、電極チップ３０上に第１マイクロチャネルチップ３２（第１流路基板）及び第２マイクロチャネルチップ３４（第２流路基板）を順次積層した形態であってもよい。

ここで、図５は、第１実施形態に係る電力変換装置の他の形態を示す模式的な分解斜視図である。図６は、第１実施形態に係る電力変換装置の他の形態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５〜図６に示す形態の場合、連通口２８は、第１マイクロチャネルチップ３２に設けられ、当該連通口２８を介して、各マイクロチャネルを連通している。なお、マイクロチャネルの構成によっては、連通口２８は第２マイクロチャネルチップに設けてもよい。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る電力変換装置を示す模式的な平面図である。

本実施形態に係る電力変換装置は、複数のマイクロチャネルデバイス１０を周方向に、例えば、主マイクロチャネル１２幅にもよるが、互いの主マイクロチャネル１２を４５°間隔で配列した形態である。本実施形態では、７個のマイクロチャネルデバイス１０を配列した。

具体的には、排出用マイクロチャネル１６を中心部へ配設し、第１供給用マイクロチャネル１４Ａ及び第２供給用マイクロチャネル１４Ｂを外周側へ配設するように、マイクロチャネルデバイス１０を周方向に配列している。そして、これに併せて、第１共通供給用マイクロチャネル２０Ａ、第２共通供給用マイクロチャネル２０Ｂ、排出用マイクロチャネル１６を、周方向に設けている。

また、上記配列により隣合うマイクロチャネルデバイス１０の各電極１８（正電極及び負極電極）の配置位置は、異極がそれぞれ対向しており、当該対向する異極の電極１８を共通化している。結果、電極１８は、円弧状に断続した帯状に形成されて、マイクロチャネルデバイス（電力変換用マイクロ流体素子）を直列接続した出力特性を得ることができる。

これら以外の構成は、第１実施形態とほぼ同一なので説明を省略する。

以上説明した本実施形態に係る電力変換装置では、この構成より、排出用マイクロチャネル１６が中央部に集中して配置され、また、その他、同一の各マイクロチャネルを同一円周上に配置させることで、短い流路長のマイクロチャネル構成とすることができるため、複数のマイクロチャネルデバイス１０が効率よく高集積化され、省スペースで十分な電力を得ることが可能となる。つまり、単位面積あたりの電力エネルギー密度（単位面積あたりに得られる電力）が高い装置を実現している。

第１実施形態に係る電力変換装置を示す模式的な平面図である。 第１実施形態に係る電力変換装置を示す模式的な分解斜視図である。 第１実施形態に係る電力変換装置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。 第１実施形態に係る電力変換装置を示す模式的な部分断面図であり、図１のＢ−Ｂ’断面図である。 第１実施形態に係る電力変換装置の他の形態を示す模式的な分解斜視図である。 第１実施形態に係る電力変換装置の他の形態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７は、第２実施形態に係る電力変換装置を示す模式的な平面図である。 第１実施形態に係る電力変換装置の出力特性を示す図である。

符号の説明

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（主流路）
１４Ａ 第１供給用マイクロチャネル（第１供給流路）
１４Ｂ 第２供給用マイクロチャネル（第２供給流路）
１６ 排出用マイクロチャネル（排出流路）
１８ 電極
２０Ａ 第１共通供給用マイクロチャネル（第１共通供給流路）
２０Ｂ 第２共通供給用マイクロチャネル（第２共通供給流路）
２２Ａ，２２Ｂ 導入口
２２Ａ 導入口
２２Ｂ 導入口
２４ 共通排出用マイクロチャネル（共通排出流路）
２６ 排出口
２８ 連通口
３０ 電極チップ（電極基板）
３２ 第１マイクロチャネルチップ（第１流路基板）
３４ 第２マイクロチャネルチップ（第２流路基板）
Ａ 酸性水溶液（電力変換用液体）
Ｂ 塩基性水溶液（電力変換用液体）

Claims (9)

1. 少なくとも２つの電力変換用流体の層流が形成され、当該層流領域で前記電力変換用流体間の反応による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、前記電力変換用流体を前記主流路に供給する少なくとも２つの第１供給流路及び第２供給流路と、
   前記主流路の他端に連通され、前記電力変換用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、
   前記主流路において層流を形成する前記少なくとも２つの電力変換用流体の各々に接触して配設された一対の電極と、
   を有する電力変換用マイクロ流体素子を複数具備したことを特徴とする電力変換装置。
2. 複数の前記電力変換用マイクロ流体素子は前記主流路の流液方向が異なるように配列された第１流体素子及び第２流体素子からなり、
   当該第１流体素子及び第２流体素子を交互に配列したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記排出流路を中心部へ配設し、前記第１供給流路及び第２供給流路を外周側へ配設するように、複数の前記電力変換用マイクロ流体素子を周方向に配列したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 隣合う前記電力変換用マイクロ流体素子における前記一対の電極のうち、対向する電極を共通化したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
5. 複数の前記第１供給流路に連通され、前記電力変換用流体を前記第１供給流路に共通して供給する第１共通供給流路と、
   複数の前記第２供給流路に連通され、前記電力変換用流体を前記第２供給流路に共通して供給する第２共通供給流路と、
   複数の前記排出流路に連通され、前記電力変換用流体を前記排出流路から共通して排出する共通排出流路と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記主流路、前記第１供給流路、前記第２供給流路及び前記排出流路が形成された第１流路基板と、
   前記一対の電極が形成された電極基板と、
   前記第１共通供給流路、第２共通供給流路及び共通排出流路が形成された第２流路基板と、
   を積層した積層構造としたことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記電極基板を介して前記第１流路基板及び前記第２流路基板を順次積層し、
   前記電極基板に設けた貫通流路を介して、前記第１供給流路と前記第１共通供給流路、前記第２供給流路と前記第２共通供給流路、及び前記排出流路と前記共通排出流路、をそれぞれ連通したことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記電極基板上に前記第１流路基板及び前記第２流路基板を順次で積層し、
   前記第１流路基板又は前記第２流路基板に設けた貫通流路を介して、前記第１供給流路と前記第１共通供給流路、前記第２供給流路と前記第２共通供給流路、及び前記排出流路と前記共通排出流路、をそれぞれ連通したことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
9. 少なくとも２つの電力変換用流体の層流が形成され、当該層流領域で前記電力変換用流体間の反応による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、前記電力変換用流体を前記主流路に供給する少なくとも２つの第１供給流路及び第２供給流路と、
   前記主流路の他端に連通され、前記電力変換用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、
   前記主流路に形成された前記電力変換用流体の層流に接触して配設された一対の電極と、
   を有する電力変換用マイクロ流体素子を複数具備し、
   複数の前記第１供給流路に連通され前記電力変換用流体を前記第１供給流路に共通して供給する第１共通供給流路と、
   複数の前記第２供給流路に連通され前記電力変換用流体を前記第２供給流路に共通して供給する第２共通供給流路と、
   複数の前記排出流路に連通され前記電力変換用流体を前記排出流路から共通して排出する共通排出流路と、
   をさらに具備した電力変換装置の製造方法であって、
   前記主流路、前記第１供給流路、前記第２供給流路及び前記排出流路を基板表面に形成する第１流路基板作製工程と、
   前記一対の電極を基板表面に形成する電極基板作製工程と、
   前記第１共通供給流路、第２共通供給流路及び共通排出流路を基板表面に形成する第２流路基板作製工程と、
   前記第１流路基板、前記電極基板、及び前記第２流路基板を積層する基板積層工程と、
   を有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。

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