JP2025041246A - 電気化学装置、センサ及びセンサシステム - Google Patents

電気化学装置、センサ及びセンサシステム Download PDF

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Abstract

【課題】センシング機能の低下を抑制する電気化学装置を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、筐体と、筐体の内部に存在する第１の電気化学素子と、筐体の内部の少なくとも一部を占める多孔質構造体と、を有する電気化学装置が提供される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電気化学装置、センサ及びセンサシステムに関する。
例えば、酸素や水素をセンシングするセンサがある。このようなセンサにおいて、一般的に、設置される雰囲気中の蒸気やガス等にセンサが暴露されることで、センシング機能が低下してしまう。
特開２００５―３３４７３８号公報
本発明が解決しようとする課題は、センシング機能の低下を抑制する電気化学装置、センサ及びセンサシステムを提供することである。
実施形態によれば、筐体と、筐体の内部に存在する第１の電気化学素子と、筐体の内部の少なくとも一部を占める多孔質構造体と、を有する電気化学装置が提供される。
実施形態に係る電気化学装置を例示する模式的断面図。 実施形態に係る電気化学装置の他の一例を例示する模式的断面図。 実施形態に係る電気化学装置のさらに他の一例を例示する模式的断面図。 電気化学装置の動作を例示する模式図。 実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図。 実施形態に係るセンサが備える基板を例示する模式的平面図及び模式的断面図。 実施形態に係るセンサが含み得る第１膜を例示する模式的断面図。 実施形態に係るセンサの他の一例を例示する模式的断面図。
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図は実施形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる点があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更することができる。
［第１の実施形態］
酸素や水素をセンシングするセンサは、汚染されることによってセンシング機能の低下や、センサが有するセンサ回路が故障してしまう虞がある。このセンサの汚染は、電気化学装置が設けられる雰囲気中の水分やガス等に暴露されることによって生じ得る。汚染の中でも例えば、水分（以後、総称して水蒸気とするが、態様は液体であっても気体であってもよい。）によるセンサの汚染を抑制するために、電気化学装置は除湿器のような電気化学素子を備える。
また、電気化学装置の有する筐体は元々水蒸気を含んでおり、センサの駆動による熱の発生等によって、筐体に含まれる水蒸気が筐体の内部に出てきてしまう。これによって、筐体の内部に設けられるセンサやセンサ回路は、水蒸気に長時間曝露されてしまい、センサ回路の故障やセンサのセンシング機能が低下してしまう。従って、センサやセンサ回路が水蒸気に長時間曝露されることを抑制し、センサのセンシング機能の低下やセンサが有するセンサ回路の故障を抑制することが必要である。
そこで第１の実施形態によれば、筐体と、筐体の内部に存在する第１の電気化学素子と、筐体の内部の少なくとも一部を占める多孔質構造体と、を有する電気化学装置が提供される。
以下より、図面を用いて、センサにおけるセンシング機能の低下の抑制をする電気化学装置について説明する。図１は、第１の実施形態に係る電気化学装置を例示する模式的断面図である。図１において電気化学装置１１０は、筐体８１と、筐体８１の内部に存在する第１の電気化学素子４６と、筐体８１の内部の少なくとも一部を占める多孔質構造体８２と、を有する。筐体８１は、開口部８１ｏ及び貫通孔８１ｔを有する。開口部８１ｏは、貫通孔８１ｔの入口又は出口に相当する。開口部の形状は、略四角形でも円形でもよく、形状は問わない。図１において、開口部８１ｏの法線方向をＺ軸方向とし、このＺ軸方向に対して垂直な方向をＸ軸方向、Ｚ軸及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸とする。
多孔質構造体８２は、筐体８１の内部の少なくとも一部を占める。これによって、筐体８１の内部の湿度が筐体８１の外部より低く保たれている場合、例えば、６０％以下である場合に、筐体８１の内部に入り込む水蒸気を多孔質構造体８２が取り込むことができる。これは、筐体８１の内部に表面積の大きい多孔質構造体８２が存在することで、筐体８１の内部の実効的な容積を大きくすることができ、これによって、筐体８１の内部の湿度を相対的に低くすることができる。
多孔質構造体８２は筐体８１の内壁の少なくとも一部を覆うことが好ましい。前述であることで、筐体８１が元々含む水蒸気を多孔質構造体８２が取り込むことができる。これによって、第１の電気化学素子４６が水蒸気に長時間曝露されることを抑制することができる。より好ましくは、筐体８１の内壁の全体を多孔質構造体８２が覆うことである。
筐体８１の内部に設けられる第１の電気化学素子４６を除いた、多孔質構造体８２の筐体の内部での充填率は１０％以上１００％以下であることが好ましい。
図２は、第１の実施形態に係る電気化学装置の他の一例を例示する模式的断面図である。図２において、電気化学装置１１０は、基板３０ｓと、第１の電池３１と、をさらに有し、第１の電気化学素子４６は基板３０ｓ上に設けられ、第１の電池３１は第１の電気化学素子４６が設けられる面と反対側の基板３０ｓ上の面に設けられる。
第１の電池３１は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）回路が設けられる基板３０ｓの面と対向する。また、マイコン回路が設けられる基板３０ｓの面と反対側の第１の電気化学素子４６が設けられる面では、センサ回路が設けられる。尚、上側にマイコン回路、下側にセンサ回路の構成の場合もある。
基板３０ｓは、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、更にガラス布が含まれるガラスエポキシ樹脂のような樹脂を含んでよい。ここで前述のとおり、基板３０ｓは、樹脂基板であり、空気に含まれる水蒸気を元々含む。この基板３０ｓが元々含んでいる水蒸気は、センサ回路やマイコン回路等の駆動から生じる熱によって基板から放出されてしまうことから、前述した回路やセンサ等を汚染してしまう。従って、図２のように、基板３０ｓ上に生じ得る水蒸気を取り込むように多孔質構造体８２が筐体８１の内部に設けられていることが好ましい。
例えば、多孔質構造体８２は、第１の電池３１、基板３０ｓ、第１の電気化学素子４６を実質的に覆うように構成されることが望ましい。
また、多孔質構造体８２は、第１の電池３１を実質的に覆うように構成しても良い。
また、多孔質構造体８２は、第１の電池３１を実質的に覆い、基板３０ｓの一部を覆うように構成しても良い。
図３は、第１の実施形態に係る電気化学装置のさらに他の一例を例示する模式的断面図である。図３では、基板３０ｓと第１の電池３１との間に多孔質構造体８２が存在する。多孔質構造体８２は、基板３０ｓと第１の電池３１との間に存在することが好ましい。
第１の電池３１が設けられる基板３１ｓの面では、センサ回路やマイコン回路等の駆動から生じる熱に加えて、第１の電池３１の作動による熱が伝わる。これによって、第１の電気化学素子４６が設けられる基板３０ｓの面と比べて、第１の電池３１が設けられる基板３１ｓの面からより多くの水蒸気が放出される。従って、図３のような構成であることで、多孔質構造体８２が基板３０ｓ全体を覆い、基板３０ｓから放出された水蒸気をより速やかに多孔質体構造体８２で捉えられるため、周辺の湿度上昇を抑制することができる。
また、基板３０ｓと第１の電池３１との間に多孔質構造体８２が存在することで、第１の電池３１は基板３０ｓに物理的に接しないため、第１の電池３１の駆動による熱が基板３０ｓへ伝わることを抑制できる。これによって、基板３０ｓの温度が上がることによる基板３０ｓからの水蒸気の放出を抑制することができる。
また、図３の電気化学装置１１０は、第２の電気化学素子１０を有する。第２の電気化学素子１０は、第１電極１１と第２電極１２及び部材１５を含む。部材１５は、第１電極１１と第２電極１２との間に設けられる。例えば、部材１５は、高分子電解質を含む。
第２の電気化学素子１０は、例えば、除湿、加湿、オゾン発生、酸素発生、酸素除去、及び、水素発生の少なくともいずれかが可能である。第１電極１１と第２電極１２との間に電圧が印加されることで、除湿、加湿、オゾン発生、酸素発生、酸素除去、及び、水素発生の少なくともいずれかが可能である。
筐体８１の内部に設けられる多孔質構造体８２は第２の電気化学素子１０の少なくとも一部を覆うことが好ましい。第２の電気化学素子１０の一部が多孔質構造体８２により覆われることで、部材１５を通って筐体８１の外部から内部への水蒸気の侵入を防ぐことができる。より好ましくは、第２の電気化学素子１０の筐体８１の内部に存在する部分全体が多孔質構造体８２によって覆われることである。
以下では、第２の電気化学素子１０が除湿の機能を有する例について説明する。第１電極１１と第２電極１２との間に電圧が印加されることで、除湿が行われる。例えば、電圧印加により、筐体８１内の水分が電気化学分解により水素と酸素に分けられ、部材１５を通して筐体８１の外部へと放出される。これにより、除湿が行われる。電圧の印加は、例えば、電池を備え付けることにより行われる。
例えば、第２電極１２を基準にした電圧が、第１電極１１に印加される。例えば、第１電極１１に第１極性の電圧が印加されたときに、第２の電気化学素子１０は、部材１５を通して水を筐体８１の外部へと放出する。以下では、第１極性を正とする。第１電極１１に第１極性の電圧が印加されたときに、除湿が行われる。
第２の電気化学素子１０は、筐体８１の中の空間８５の水を部材１５を通して筐体８１の外部へと放出可能である。これにより、筐体８１の中の空間が除湿される。
電気化学装置１１０は、さらに制御部７０を含むことができる。制御部７０は、第１電極１１及び第２電極１２と電気的に接続される。この例では、制御部７０は、回路部７５及び第２の電池７１を含む。第２の電池７１は回路部７５に電力を供給可能である。回路部７５は、第１電極１１と第２電極１２との間に電圧を印加可能である。電圧は、例えば、第１信号Ｓｇ１である。第１信号Ｓｇ１（電圧）が第１電極１１及び第２電極１２に印加されることで、第２の電気化学素子１０における電気化学作用（例えば除湿）が行われる。
実施形態において、電気化学装置１１０は、第２の電池７１で駆動される。これにより、商業電力などが供給されない場所での動作が可能になり、電気化学装置１１０及びそれを用いた各種の機器の用途が拡大する。第２の電池７１の容量は定まっていることから、電気化学装置１１０の駆動時間を長くするためには、電気化学装置１１０において消費電力の低減が望まれる。
一般に、第２の電気化学素子１０は、値が一定の直流信号（直流電圧）で駆動されることが多い。この場合、第２の電気化学素子１０において、値が一定の直流電流が流れる。これにより、常に電力が消費され、これにより、消費電力が増大する。
実施形態においては、第２の電気化学素子１０に供給される電圧（第１信号Ｓｇ１）は、デューティ信号とされる。このとき、第１信号Ｓｇ１を特殊な波形とすることで、高い電気化学作用を維持しつつ消費電力を低減できる。その理由については、図４を用いて後述する。
実施形態において、第２の電気化学素子１０は、陰極及び陽極を含む。陰極は、第１電極１１及び第２電極１２の一方である。陽極は、第１電極１１及び第２電極１２の他方である。
例えば、陰極は、陰極基体と、陰極基体の表面に設けられた陰極側触媒部材と、を含んで良い。陽極は、陽極基体と、陽極基体の表面に設けられた陽極側触媒部材と、を含んで良い。陰極側触媒部材と陽極側触媒部材との間に、固体高分子電解質膜の少なくとも一部が設けられる。固体高分子電解質膜は、部材１５に対応する。
例えば、陰極基体は、カーボン膜（例えばカーボンペーパ）を含む。陰極側触媒部材は、カーボン粉末を含む。カーボン粉末の表面に白金が付着している。カーボン粉末は、白金を保持する。例えば、陽極基体は、チタンメッシュを含む。チタンメッシュの表面に、白金膜が設けられる。白金膜は、例えば、めっき処理により形成される。陽極側触媒部材は、白金粒子及びフッ素樹脂を含む。固体高分子電解質膜は、フッ素樹脂を含む。フッ素樹脂は、例えば、スルホ化されたテトラフルオロエチレンを基にしたフッ素樹脂の共重合体である。
次に、図４を用いて第１信号Ｓｇ１の例について説明する。図４は、第１信号Ｓｇ１を例示している。図４の横軸は、時間ｔｍである。縦軸は、第１電極１１と第２電極１２との間の電圧Ｖａである。電圧Ｖａは、第２電極１２の電位を基準とした電位である。
図４に示すように、第１信号Ｓｇ１は、第１周期Ｔ０で繰り返す波形Ｓｗ１を含む。波形Ｓｗ１は、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を含む。第１期間Ｔ１において、電圧Ｖａは、第１極性の第１電圧Ｖ１である。第２期間Ｔ２において、電圧Ｖａは、第１極性の第２電圧Ｖ２である。第１極性は、正または負のいずれかである。この例では、第１極性は正である。第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、正である。第２電圧Ｖ２の絶対値は、第１電圧Ｖ１の絶対値よりも小さい。
１つの例において、第１電圧Ｖ１は、２．５Ｖ以上３．５Ｖ以下である。１つの例において、第２電圧Ｖ２は、０．５Ｖ以上１．５Ｖ以下である。このように低電圧の第２電圧Ｖ２も第１極性（正）であり、０電圧ではないことで、高電圧（第１電圧Ｖ１）の第１期間Ｔ１から、低電圧（第２電圧Ｖ２）の第２期間Ｔ２への遷移期間に流れる電流が、負電流となり難くなる。前述した遷移期間に流れる電流は、正の電流であり、仮に遷移期間に流れる電流が負であったとしても、その絶対値は小さい。これにより、電気化学作用における逆の反応、即ち、部材１５から筐体８１の内部に水分が放出される反応が抑制される。また、低電圧の第２電圧Ｖ２の第２期間Ｔ２が設けられることにより、このような第１信号Ｓｇ１では、目的とする高い電気化学作用（例えば除湿）を維持しつつ、消費電力を低減できる。
多孔質構造体はゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、多孔質ポリマーからなる群より選ばれる少なくとも１つであることが好ましいが、筐体の内部の実効的な容積を大きくすることができるものであれば前述の材料に限定されない。
筐体は、例えば、ゼオライト、活性炭、及びシリカゲルのような樹脂を含んでよい。
第１の実施形態に係る電気化学装置は、筐体と、筐体の内部に存在する第１の電気化学素子と、筐体の内部の少なくとも一部を占める多孔質構造体と、を有する。これによって、センシング機能の低下を抑制することができる。
［第２の実施形態］
第２の実施形態によれば、第１の実施形態に記載の電気化学装置と、筐体の内部に設けられた検出部と、を備えたセンサが提供される。
図５は、第２の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。図５に示すように、実施形態に係るセンサ２１０は、第１実施形態に係る電気化学装置１１０と、検出部３０と、を含む。また、センサ２１０は、加えて、通信部４５を含んでもよい。センサ２１０が含む検出部３０及び通信部４５について、基板３０ｓの平面図及び断面図である図６を用いて後述する。
実施形態において、第２の電気化学素子１０と検出部３０との間の距離は、短いことが好ましい。例えば、検出部３０は、第２の電気化学素子１０の近くに固定されることが好ましい。第２の電気化学素子１０と検出部３０との間の距離は、例えば、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
図５では、センサ２１０は、第１膜４１を含む。第１膜４１は、検出部３０と、筐体８１の第１開口部８１ｏと、の間に設けられる。第１膜４１は、例えば、開口部８１ｏをふさぐように設けられる。第１膜４１の少なくとも一部は、ポーラスである。第１膜４１は、例えば、フッ素を含む樹脂を含む。第１膜４１は、例えば、ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）を含む。第１膜４１は、例えば、液体（水など）を透過させない。第１膜４１は、検出部３０の検出対象の気体（例えば水素など）を透過させる。
実施形態において、第１膜４１は検出部３０と接して良い。または、第１膜４１と検出部３０との間の距離は、１ｃｍ以下である。第１膜４１の近くに検出部３０が設けられることで、第１膜４１を通過した検出対象のガスをより高い精度で検出できる。
第１膜４１が開口部８１ｏに設けられることで、筐体８１の中の空間８５において、外部の湿度の影響が抑制される。第２の電気化学素子１０による電気化学的な作用（例えば除湿）により、空間８５の状態が目的とする状態となる。後述するように、筐体８１の中に検出部などが設けられることで、検出部の状態が目的とする状態（例えば低湿度）に維持できる。
図５に示すように、センサ２１０は、第１の電池３１を含んでも良い。第１の電池３１は、検出部３０に電力を供給可能である。第１の電池３１が設けられることで、例えば、商業電力が供給されない場所においても、検出対象を検出できる。
センサ２１０において、基板３０ｓの上に検出部３０が設けられる。センサ２１０において、検出部３０は開口部８１ｏと基板３０ｓとの間に設けられる。検出部３０と第１膜４１との間に、蓋３５が設けられても良い。蓋３５は、穴を有していてもよい。基板３０ｓの上に、湿度センサ４６が設けられても良い。湿度センサ４６により、筐体８１の内部の空間８５における湿度がモニタされて良い。
図６は、第１の実施形態に係る電気化学装置が備える基板を例示する模式的平面図及び模式的断面図である。図６（ａ）は、基板のマイコン回路が設けられる面を平面視したときの図である。図６（ｂ）は、基板のセンサ回路が設けられている面を平面視したときの図である。図６（ｃ）は、基板の面に対して交差する方向に切断したときの断面図である。
図６において、基板３０ｓのマイコン回路面からセンサ回路面に向かう向きをＺ軸方向とし、Ｚ軸方向と交差する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向と図６（ａ）のとおり定義する。
基板３０ｓは、マイコン回路５１を有する面において、通信部４５、マイコン回路５０、電源回路５１、及び電源供給部５２を有する。
通信部４５は、検出部３０の検出結果に関する情報を外部の機器に向けて送信できる。検出結果は、例えば、目的とする検出対象の濃度などに関する情報（データ）を含む。送信は、例えば、有線または無線の少なくともいずれかにより行われて良い。
マイコン回路５０は、データ通信の制御、センサ回路の制御、第２の電気化学素子１０のｏｎ／ｏｆｆ制御を行っている。
マイコン回路５０は、内蔵する制御プログラムを実行することで機能するソフトウェア上の構成として、検出部３０における検出器の変化から、第２の電気化学素子１０を作動させて湿度を目的とする範囲に維持する除湿手段を備えている。
電源回路５１は、マイコン回路及びセンサ回路へ適切な電圧の供給をしている。
電源供給部５２は、電源となる電池に繋がる箇所である。
基板３０ｓは、マイコン回路５０が設けられる面と反対側の面にセンサ回路を有する。このセンサ回路を有する基板３０ｓの面において、基板３０ｓは、検出部３０、第１の電気化学素子４６、ＡＤ変換回路５３、昇圧回路５４、及び降圧回路５５を有する。
検出部３０については、例えば、検出部３０の周りの環境における湿度が変化すると、検出部３０における検出対象の検出値が影響を受ける。これを用いて検出部３０の周りの環境における湿度を目的とする範囲に維持することで、高湿度の環境下においてセンサ及びセンサ回路が長時間曝露されることによるセンシング機能の低下や故障を抑制することができる。これにより、酸素や水素のより高い精度の検出が可能になる。
検出部３０は、水素、酸素、及び、ＶＯＣ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）よりなる群から選択された少なくとも１つを検出可能である。
ＡＤ変換回路５３は、電圧及び容量アナログ信号を電圧デジタル信号へと変換する回路である。
第１の電気化学素子４６は、湿度や温度を測るセンサであり、筐体の内部の空間における湿度や温度をモニタする。また、第１の電気化学素子４６は圧力センサであってもよい。
昇圧回路５４、降圧回路５５は、センサに供給する電源の調整に使用している。
図６では、基板の一方の面にマイコン回路が設けられ、反対側のもう一方の面においてセンサ回路が設けられた例を示しているが、マイコン回路５０を設ける基板とセンサ回路を設ける基板とが別々に用意されていてもよい。前述のような場合、例えば、各々の基板をケーブルコネクタのようなもので接続させることで、マイコン回路５０からの制御信号をセンサ回路へと送り、センサ回路から取得したデータをマイコン回路５０へ送る。
次に、第２の実施形態に係る電気化学装置が含み得る第１膜について、図７を用いて以下に説明する。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第２の実施形態に係る電気化学装置が含み得る第１膜を例示する模式的断面図である。図７（ａ）に示すように、第１膜４１は、第１層４２及び第２層４３を含んでもよい。第１層４２から第２層４３への方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。第１層４２及び第２層４３は、Ｘ－Ｙ平面に沿って広がる。
図７（ｂ）に示すように、第１層４２は、第１樹脂４２Ｒを含む。第１樹脂４２Ｒには、複数の孔４２Ｈが設けられている。第１層４２は、例えばポーラス層である。
第１層４２は第１面４２ａを含む。第１面４２ａは、第２層４３に対向する面である。複数の孔４２Ｈの少なくとも一部は、第１面４２ａに届く。
第２層４３は、第１層４２の第１面４２ａの上に設けられる。第２層４３は、第２樹脂４３Ｒを含む。第２樹脂４３Ｒは、第１面４２ａに届く複数の孔４２Ｈの少なくとも一部を塞ぐ。第２層４３は、例えば、無効空隙層である。第２樹脂４３Ｒの一部が、孔４２Ｈの表面に近い部分の中に設けられても良い。
実施形態においては、ポーラスな第１層４２と、第１層４２の複数の孔４２Ｈの一部を塞ぐ第２樹脂４３Ｒ（第２層４３）と、が設けられる。例えば、第１層４２の複数の孔４２Ｈの別の一部は、第２樹脂４３Ｒによって塞がれない。
第２樹脂４３Ｒによって塞がれない孔４２Ｈにより、目的とするガスが、第１膜４１を通過できる。目的とするガスは、例えば、水素である。一方、複数の孔４２Ｈの一部が第２樹脂４３Ｒにより塞がれることで、目的としない物質は、第１膜４１を通過しない。目的としない物質は、例えば、液体（水及び油など）を含む。実施形態によれば、目的とするガスが効率的に透過できる。
実施形態に係る電気化学装置が含み得る第１膜４１によれば、例えば、高い撥水性が得られる。例えば、高い通気性が得られる。例えば、高い耐薬品性が得られる。例えば、高い耐腐食性が得られる。例えば、高い防塵性が得られる。例えば、水や油の進入が抑制される。例えば、高い信頼性が得られる。
実施形態において、第１樹脂４２Ｒは、フッ素化合物を含むことが好ましい。第１樹脂４２Ｒは、例えば、ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）を含む。安定した透過性が得られる。水などの透過が効果的に抑制できる。
第２樹脂４３Ｒは、例えば、アクリル樹脂を含む。これにより、複数の孔４２Ｈの少なくとも一部が安定して塞がれる。例えば、目的としない物質の透過が安定して抑制できる。
第１層４２の厚さを第１厚さｔ４２とする。第２層４３の厚さを第２厚さｔ４３とする。これらの厚さは、Ｚ軸方向に沿う長さである。実施形態において、例えば、第１厚さｔ４２は、第２厚さｔ４３よりも厚い。１つの例において、第１厚さｔ４２は、第２厚さｔ４３の２倍以上である。例えば、第１厚さｔ４２は、第２厚さｔ４３の１００００倍以下でよい。例えば、目的するガスの透過性と、目的としない物質の透過の抑制と、が適切に得られる。
第１層４２の第１厚さｔ４２は、例えば、１０μｍ以上５０００μｍ以下である。第１厚さｔ４２は、例えば、１０００μｍ以下でも良い。第２層４３の第２厚さｔ４３は、例えば、０．１μｍ以上１００μｍ以下である。第２樹脂４３Ｒの一部が、孔４２Ｈの表面に近い部分の中に設けられる場合、孔４２Ｈの表面に近い部分の中に設けられた第２樹脂４３Ｒの厚さは、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下で良い。
第２樹脂４３Ｒは、第１面４２ａの少なくとも一部を覆う。図７（ｂ）に示すように、第１面４２ａは、第２樹脂４３Ｒが設けられる第１領域４２ｐと、第２樹脂４３Ｒが設けられない第２領域４２ｑと、を含む。第１領域４２ｐの面積の、第２領域４２ｑの面積に対する比は、０．０１以上１００以下である。
例えば、第２樹脂４３Ｒは、開口部４３ｏを含んで良い。第２樹脂４３Ｒが設けられない第２領域４２ｑが、開口部４３ｏに対応する。開口率は、例えば１％以上９９％以下で良い。
図７（ｂ）に示すように、この例では、第２層４３は、複数の第１固体片４３ａをさらに含む。複数の第１固体片４３ａは、第２樹脂４３Ｒにより固定される。複数の第１固体片４３ａは、例えば、金属、金属酸化物及び金属窒化物の少なくともいずれか１つを含む。例えば、複数の第１固体片４３ａは、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉを含む。複数の第１固体片４３ａは、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）を含む。例えば、高い腐食性が得られる。複数の第１固体片４３ａは、例えば、酸化チタンを含んでも良い。
複数の第１固体片４３ａの１つの平均のサイズ（長さ）は、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
第２の実施形態に係るセンサは、第１の実施形態で説明した電気化学装置と、筐体の内部に設けられた検出部と、を備えたセンサである。第２の実施形態に係るセンサは第１の実施形態で説明した電気化学装置を備えているため、性能を向上させたセンサを実現することができる。
［第３の実施形態］
第３の実施形態によれば、第２の実施形態に記載のセンサと、処理装置と、を備え、センサは、通信部を含み、処理装置は、通信部から得た信号に基づく情報を処理可能であるセンサシステムが提供される。
図８は、第３の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。図８に示すように、実施形態に係るセンサシステム３１０は、第２の実施形態に係るセンサ２１０と、処理装置７８と、を含む。処理装置７８は、例えば、コンピュータなどを含んで良い。センサ２１０は、通信部４５を含む。処理装置７８は、通信部４５から得た信号に基づく情報を処理可能である。通信部４５から得た信号は、例えば、検出部３０での検出結果に関する情報（データ）を含んで良い。
処理装置７８における、情報（検出結果）の処理は、例えば、情報（検出結果）の保存を含んで良い。情報（検出結果）の処理は、例えば、情報（検出結果）と基準値との比較を含んでも良い。処理装置７８は、比較の結果に応じて、アラートなどを出力しても良い。情報（検出結果）の処理は、例えば、情報（検出結果）に関する任意の演算を含んで良い。演算は、例えば、最高値などの導出、または、平均値の導出などを含んで良い。
第３の実施形態に係るセンサシステムは、第２の実施形態に記載のセンサと、処理装置と、を備え、センサは、通信部を含み、処理装置は、通信部から得た信号に基づく情報を処理可能であるセンサシステムである。
（実施例）
以下、発明者が実施した実験の結果の例について説明する。多孔質構造体を筐体の内部に有する電気化学装置を９０％ＲＨ（ＲＨ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ）の湿度雰囲気下に置いた場合に筐体内部の湿度センサが検出する湿度の増加速度を表１に示す。第１膜はポーラスＰＴＦＥ膜を用いた。電気化学装置が多孔質構造体を備えていない場合の湿度の増加速度を１として、実施例の数値を記載した。
Figure 2025041246000002
表１から、筐体の内部に多孔質構造体が無い場合と比べて、筐体の内部の少なくとも一部を多孔質構造体が占めることで、湿度センサが検出する湿度増加速度を遅くすることができるとわかる。従って、係る電気化学装置は、筐体の内部の少なくとも一部を占める多孔質構造体を有することで、センサやセンサ回路が水蒸気に長時間曝露されることを抑制し、センサのセンシング機能の低下やセンサが有するセンサ回路の故障を抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、実施形態に係る発明を付記する。
［１］
筐体と、
前記筐体の内部に存在する第１の電気化学素子と、
前記筐体の内部の少なくとも一部を占める多孔質構造体と、を有する電気化学装置。
［２］
前記多孔質構造体は前記筐体の内壁の少なくとも一部を覆う、［１］に記載の電気化学装置。
［３］
基板と、
第１の電池と、をさらに有し、
前記第１の電気化学素子は前記基板上に設けられ、
前記第１の電池は前記第１の電気化学素子が設けられる面と反対側の前記基板上の面に設けられる、［１］又は［２］に記載の電気化学装置。
［４］
前記基板と前記第１の電池との間に前記多孔質構造体が存在する、［３］に記載の電気化学装置。
［５］
前記筐体は第２の電気化学素子を有する、［１］から［４］のいずれか１項に記載の電気化学装置。
［６］
前記筐体の内部に設けられる前記多孔質構造体は前記第２の電気化学素子の少なくとも一部を覆う、［５］に記載の電気化学装置。
［７］
前記多孔質構造体はゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、多孔質ポリマーからなる群より選ばれる少なくとも１つである、［１］から［６］のいずれか１項に記載の電気化学装置。
［８］
前記筐体の内部に設けられる前記第１の電気化学素子を除いた、前記多孔質構造体の前記筐体の内部での充填率は１０％以上１００％以下である、［１］から［７］のいずれか１項に記載の電気化学装置。
［９］
［１］から［８］のいずれか１項に記載の電気化学装置と、
前記筐体の内部に設けられた検出部と、を備えたセンサ。
［１０］
［９］に記載のセンサと、
処理装置と、を備え、
前記センサは、通信部を含み、
前記処理装置は、前記通信部から得た信号に基づく情報を処理可能であるセンサシステム。
１０…第２の電気化学素子、 １１、１２…第１、第２電極、 １５…部材、 ３０…検出部、 ３０ｓ…基板、 ３１…第１の電池、 ４１…第１膜、 ４２…第１層、 ４３…第２層、 ４５…通信部、 ４６…第１の電気化学素子、 ５０…マイコン回路、 ５１…電源回路、 ５２…電源供給部、 ５３…ＡＤ変換回路、 ５４…昇圧回路、 ５５…降圧回路、 ７０…制御部、 ７１…第２の電池、 ７５…回路部、 ７８…処理装置、 ８１…筐体、 ８１ｏ…第１開口部、 ８１ｔ…第１貫通孔、 ８５…空間、 １１０…電気化学装置、 ２１０…センサ、 ３１０…センサシステム

Claims (10)

  1. 筐体と、
    前記筐体の内部に存在する第１の電気化学素子と、
    前記筐体の内部の少なくとも一部を占める多孔質構造体と、を有する電気化学装置。
  2. 前記多孔質構造体は前記筐体の内壁の少なくとも一部を覆う、請求項１に記載の電気化学装置。
  3. 基板と、
    第１の電池と、をさらに有し、
    前記第１の電気化学素子は前記基板上に設けられ、
    前記第１の電池は前記第１の電気化学素子が設けられる面と反対側の前記基板上の面に設けられる、請求項１に記載の電気化学装置。
  4. 前記基板と前記第１の電池との間に前記多孔質構造体が存在する、請求項３に記載の電気化学装置。
  5. 前記筐体は第２の電気化学素子を有する、請求項１に記載の電気化学装置。
  6. 前記筐体の内部に設けられる前記多孔質構造体は前記第２の電気化学素子の少なくとも一部を覆う、請求項５に記載の電気化学装置。
  7. 前記多孔質構造体はゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、多孔質ポリマーからなる群より選ばれる少なくとも１つである、請求項１に記載の電気化学装置。
  8. 前記筐体の内部に設けられる前記第１の電気化学素子を除いた、前記多孔質構造体の前記筐体の内部での充填率は１０％以上１００％以下である、請求項１に記載の電気化学装置。
  9. 請求項１に記載の電気化学装置と、
    前記筐体の内部に設けられた検出部と、を備えたセンサ。
  10. 請求項９に記載のセンサと、
    処理装置と、を備え、
    前記センサは、通信部を含み、
    前記処理装置は、前記通信部から得た信号に基づく情報を処理可能であるセンサシステム。
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