JP6920563B2 - 液検知センサ - Google Patents

液検知センサ Download PDF

Info

Publication number
JP6920563B2
JP6920563B2 JP2020567991A JP2020567991A JP6920563B2 JP 6920563 B2 JP6920563 B2 JP 6920563B2 JP 2020567991 A JP2020567991 A JP 2020567991A JP 2020567991 A JP2020567991 A JP 2020567991A JP 6920563 B2 JP6920563 B2 JP 6920563B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode sheet
liquid
negative electrode
separator
detection sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020567991A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2021005906A1 (ja
Inventor
高橋 昌樹
昌樹 高橋
真弘 瀬下
真弘 瀬下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Composites Inc
Original Assignee
Fujikura Composites Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Composites Inc filed Critical Fujikura Composites Inc
Priority to JP2021078288A priority Critical patent/JP6920571B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6920563B2 publication Critical patent/JP6920563B2/ja
Publication of JPWO2021005906A1 publication Critical patent/JPWO2021005906A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/168Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/40Investigating fluid-tightness of structures by using electric means, e.g. by observing electric discharges
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4228Leak testing of cells or batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/06Electrodes for primary cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/46Alloys based on magnesium or aluminium
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)

Description

本発明は、金属空気電池を備えた液検知センサに関する。
医療現場や屋内での作業現場等で、液漏れ検知システムが使用される。液漏れ検知システムでは、液漏れ箇所に、液検知センサを配置する。液検知センサでは、外部から液体が接触した際の電気的な変化を捉え、液漏れを検知する。
例えば、特許文献1、2には、漏血検知用の液漏れ検知システムに関する発明が開示されている。特許文献1に記載の発明では、漏出した液体により発電する水電池を用いたセンサが開示されている。特許文献2に記載の発明では、正極シート、セパレータ、及び負極シートを有するマグネシウム電池を用いたセンサが開示されている。
国際公開第2012/020507号 特開2017−148332号公報
水電池を用いた特許文献1に記載の発明では、水電池が吸収性部材の上側或いは内部に配置されており、血液などの液体が吸収部材に広く浸透することで、水電池の内部で電気化学反応を生じさせて発電させる。
このように、特許文献1では、水電池以外に吸収性部材を必要とし、また、吸収性部材に対する相当量の液体の浸透がないと、適切に液漏れ検知を行うことができない。
マグネシウム電池を用いた特許文献2に記載の発明では、裏側絆創膏と、表面絆創膏と、各絆創膏の間に、漏液センサ部が収納されており、漏れた液体が、裏側絆創膏から漏液センサ部の内部に浸透することで、電気化学反応を生じさせて発電させる。
このように、特許文献2では、裏側絆創膏から漏液センサ部のセパレータまで液体を浸透させることが必要になり、液漏れ量によっては、適切にセパレータまで、浸透させることができず、検知精度が低下しやすい。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、セパレータに、液接触領域を一体的に形成し、部品点数を増やすことなく、検知精度を向上させた液検知センサを提供することを目的とする。
本発明の液検知センサは、正極シートと、負極シートと、前記正極シートと前記負極シートの内面間に介在するセパレータと、が積層されて構成された金属空気電池と、前記金属空気電池にて得られた検知信号を受信する受信部と、有し、前記セパレータは、前記正極シートと前記負極シートが、前記セパレータを挟んで重なる面積より広く形成されており、前記セパレータ、前記正極シートと前記負極シートの内面間の検知領域と、記負極シートの外周端部から延出した部分が前記負極シートの外面と重なるように折り曲げられた液接触領域とを有しており、液体が、前記負極シートの外面側から前記液接触領域に接触することで前記検知領域まで浸透し液検知され、前記受信部では、前記検知信号のレベルが閾値を越えた場合に、液漏れと判断することを特徴とする。
本発明では、前記液接触領域は、前記正極シート及び前記負極シートの両方の外周端部から延出した部分が、前記負極シートの外面と重なるように折り曲げられて形成されている構成とすることができる。
本発明では、前記正極シートの厚みは、0.4mm〜2.0mmであり、前記負極シートの厚みは、0.05mm〜2.0mmである構成とすることができる。また、本発明では、前記前記正極シート、前記負極シート及び前記セパレータが積層されたラミネート部分の表面を覆う外皮シートが設けられており、前記外皮シートは、前記正極シートに空気が接触可能に配置される構成とすることができる。
本発明では、前記セパレータは、複数に分離されており、各セパレータに前記液接触領域が形成されている構成とすることができる。
本発明では、前記負極シートは、マグネシウムシート、或いは、マグネシウム合金シートであることが好ましい。
本発明では、前記金属空気電池の検知信号を、受信部へ無線通信が可能な送信部を有することが好ましい。
本発明では、前記液検知センサは、例えば、漏血検知センサ、あるいは、漏水検知センサである。
本発明の液検知センサによれば、金属空気電池を構成するセパレータを、正極シートと負極シートとの重なり面積より大きく形成し、正極シート或いは負極シートから露出する部分を、液接触領域とした。これにより、液接触領域に接触した液体を、正極シートと負極シート間のセパレータまでスムースに浸透させやすく、部品点数を増やすことなく、検知精度を向上させることができる。
図1Aは、第1の実施の形態における液検知センサの縦断面図である。 図1Bは、第1の実施の形態における液検知センサの平面図である。 図2は、第2の実施の形態における液検知センサの縦断面図である。 図3Aは、第3の実施の形態における液検知センサの分解平面図である。 図3Bは、第3の実施の形態における液検知センサの平面図である。 図3Cは、第3の実施の形態における液検知センサの縦断面図である。 図4Aは、第4の実施の形態における液検知センサの分解平面図である。 図4Bは、第4の実施の形態における液検知センサの平面図である。 図4Cは、第4の実施の形態における液検知センサの縦断面図である。 図5Aは、第5の実施の形態における液検知センサの分解平面図である。 図5Bは、第5の実施の形態における液検知センサの平面図である。 図5Cは、第5の実施の形態における液検知センサの縦断面図である。 図6Aは、第6の実施の形態における液検知センサの分解平面図である。 図6Bは、第6の実施の形態における液検知センサの平面図である。 図6Cは、第6の実施の形態における液検知センサの縦断面図である。 図7Aは、第7の実施の形態における液検知センサの分解平面図である。 図7Bは、第7の実施の形態における液検知センサの平面図である。 図7Cは、第7の実施の形態における液検知センサの縦断面図である。 図8Aは、第8の実施の形態における液検知センサの分解平面図である。 図8Bは、第8の実施の形態における液検知センサの平面図である。 図8Cは、図8BのB−B線に沿って切断し矢印方向から見た縦断面図である。 図8Dは、図8BのC−C線に沿って切断し矢印方向から見た縦断面図である。 図9Aは、第9の実施の形態における液検知センサの斜視図である。 図9Bは、第10実施の形態における液検知センサの斜視図である。 本実施の形態における液検知センサのブロック図である。
以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
図1A、図1Bに示す液検知センサ(液漏れ検知センサ)1は、金属空気電池2を有する。図10に示すように、液検知センサ1は、更に、送信部6を備えている。なお、図1Aは、図1Bに示すA−A線より切断し矢印方向から見た断面図である。
図1Aに示すように、金属空気電池2は、負極シート(金属極シート)3と、セパレータ4と、正極シート(空気極シート)5とが、積層されたラミネート構造である。図1Aに示すように、セパレータ4は、負極シート3と正極シート5との間に介在している。
限定するものではないが、各シート間は、粘着層を介して固定され、後述する外皮シートを用いて固定され、或いは、プラスチックなどの筐体により固定される。粘着層は、負極シート3及び正極シート5の縁部に部分的に設けられ、セパレータ4の検知領域4´´には設けられないことが好ましい。ここで、検知領域4´´とは、負極シート3と正極シート5とがセパレータ4を介して重なる部分の領域を指す。
負極シート3を構成する金属は、マグネシウム(Mg)、Mg合金、亜鉛(Zn)、Zn合金、アルミニウム(Al)、或いは、Al合金のうちいずれかであることが好ましい。このうち、負極シート3を構成する金属は、Mg、或いは、Mg合金であることがより好ましい。
セパレータ4は、電気的に絶縁性、イオン透過性、及び、液浸透性を有する材質で形成される。例えば、不織布、織布、多孔性薄膜等である。
正極シート5は、集電体と触媒層(反応部)とを有して構成される。集電体に求められる特性は、負極シート3から放出される電子を、触媒層へ伝える導電性と、酸素を透過させる通気性である。集電体の構成を限定するものでないが、例えば、金網や発泡金属等、既存のものを用いることができる。また、触媒層に求められる特性は、液体を外部に放出しない疎水性及び、酸素を透過させる通気性である。触媒層には既存の材質を用いることができる。触媒層は、少なくとも集電体の一方の面に形成されており、触媒層は、セパレータ4に密接している。
図1A、図1Bに示すように、セパレータ4は、負極シート3及び正極シート5より大きく形成される。図1A、図1Bに示す構成では、正極シート5と負極シート3とは同じ大きさである。
図1A、図1Bに示すように、セパレータ4は、負極シート3及び正極シート5の図示右側の外周端部3a、5aから図示右方向に長く延出している。この実施の形態では、セパレータ4は、負極シート3及び正極シート5の図示上側の外周端部5b(負極シート3の外周端部は不表示)、及び図示下側の外周端部5c(負極シート3の外周端部は不表示)からも多少はみ出している。このように、セパレータ4の図示上下方向の幅寸法も、正極シート5と及び負極シート3より大きく形成することで、正極シート5と負極シート3を、図示上下方向において、セパレータ4内で適切に位置合わせすることができる。したがって、正極シート5と負極シート3の間の全域に、適切にセパレータ4を介在させることができる。
セパレータ4は、負極シート3及び正極シート5の外周端部3a、5aから延出した液接触領域4´と、負極シート3と正極シート5との間に介在する検知領域4´´と、を有する。液接触領域4´と、検知領域4´´とは、一体的に形成されている。
ここで、セパレータ4は、図1Bに示すように、図示左右方向に長さL1で形成されている。また、負極シート3及び正極シート5(図1Bでは、正極シート5のみ図示)は、図示左右方向に長さL2で形成されている。限定するものではないが、長さ比(L1/L2)は、1.1〜4.0である。図1Bに示すように、負極シート3及び正極シート5は、セパレータ4の左右方向の中心よりも図示左側に寄って配置される。これにより、負極シート3及び正極シート5の外周端部3a、5aより図示右側に、液接触領域4´が形成される。また、セパレータ4と、負極シート3及び正極シート5との図示左端を一致させるより、負極シート3及び正極シート5を、セパレータ4の図示左端より多少内側に配置することが好ましい。
限定されるものではないが、正極シート5の厚み(集電体を含む)は、0.4〜2.0mm程度である。また、負極シート3の厚みは、0.05〜2.0mm程度である。
図1Aに示すように、矢印a1、a2の少なくとも一方から、液体が、セパレータ4の液接触領域4´に接触する。そして、液体は、液接触領域4´から検知領域4´´にまで浸透する。液体が、検知領域4´´に到達すると、例えば、負極シート3を構成する金属が、Mgであるとき、負極シート3側では、下記(1)で示す酸化反応が生じる。また、正極シート5においては、下記(2)で示す還元反応が生じる。したがって、金属空気電池2の全体としては、下記(3)に示す反応が起こり、放電が行われる。
(1)2Mg →2Mg2++4e
(2)O+2HO+4e →4OH
(3)2Mg+O+2HO →2Mg(OH)
図1A、図1Bに示す実施の形態では、液接触領域4´は、負極シート3及び正極シート5から見て図示右方向にのみ形成されているが、更に、図示上方向、図示下方向、或いは図示左方向に設けられていてもよい。このように、液接触領域4´を2方向以上に設けることが可能である。液接触領域4´を2方向以上に設けることで、液漏れの検知範囲を広げることができる。
図1A、図1Bでは、液接触領域4´を、負極シート3及び正極シート5の外周端部3a、5aから外方に長く延出したため、負極シート3及び正極シート5から離れた箇所の液漏れも適切に検知することができる。
一方、図2に示す第2の実施の形態では、負極シート3及び正極シート5の外周端部3a、5aから延出するセパレータ4を折り曲げて、負極シート3の外面3d(図2に示す負極シート3の下面)に重ねている。これにより、液接触領域4´を、負極シート3及び正極シート5と重なるように配置することができる。
図2に示す実施の形態では、矢印a3の方向や金属空気電池2の周囲からの液漏れにより、液体が、液接触領域4´に接触する。これにより、液体が、液接触領域4´から、負極シート3と正極シート5に挟まれた検知領域4´´に素早く浸透し、液漏れを精度良く検知することができる。
図2に示す実施の形態の金属空気電池2は、図1Aに示す金属空気電池2に比べて小型化を実現でき、特に、所定箇所の液漏れを重点的に検知したい用途に優れている。例えば、出血の検知用として用いる場合、検知したい人体部分に、図2に示す金属空気電池2を貼付することで、人体の所定箇所の出血を重点的に検知することができる。また、図2に示す負極シート3に多数の微細孔を設けることで、液接触領域4´に接触した液体は、微細孔を通って、検知領域4´´にまで到達でき、より素早く液漏れを検知することができる。
なお、負極シート3及び正極シート5の外周端部3a、5aから延出するセパレータ4を折り曲げる方向は、負極シート3の外面3d側であっても、正極シート5の外面5d側であってもどちらでもよいが、正極シート5側に折り曲げる場合、正極シート5は空気との接触が必要であるため、空気との接触を可能な構造とする必要がある。このため、セパレータ4を、負極シート3の外面3dと重なるように折り曲げることで、正極シート5側の空気との接触を遮断することなく、構造を容易化でき、好ましい。なお、図1A及び図1Bには図示していないが、例えば、金属空気電池2を保護する外皮シートを、金属空気電池2の特に、負極シート3、セパレータ4及び正極シート5が積層されたラミネート部分の表面を覆うように設けることが好ましい。このとき、外皮シートは、正極シート5に空気が接触可能に配置される。例えば、外皮シートには、1つ或いは複数の穴が設けられ、該穴が正極シート5に通じている。また、外皮シートが、液接触領域4´を覆う箇所では、液体が、外皮シートを介して液接触領域4´に接触するように、液接触領域4´を覆う部分の外皮シートに多数の微細孔を形成したり、或いは、外皮シートを、液体が浸透可能な材質で形成する。
また、図2に示す実施の形態の金属空気電池2は、下側に液接触領域4´が設けられるが、図2に示す金属空気電池2をひっくり返して、上側に液接触領域4´が配置されるようにしてもよい。
また、図1Aと図2に示す各実施の形態を組み合わせて、セパレータ4を複数層とし、一方のセパレータ4を、図1Aに示すように、負極シート3及び正極シート5の外周端部3a、5aから外方に長く延出させ、他方のセパレータ4を、図2に示すように、折り曲げる構成とすることもできる。
なお、セパレータ4の平面形状は、図1Bのものに限定されず、例えば、検知領域4´´は、分離していないが、液接触領域4´の一部、或いは全体に、切り込みが入っている構成であってもよい。
図3Aは、第3の実施の形態における液検知センサの分解平面図であり、図3Bは、平面図であり、図3Cは、縦断面図である。「分解平面図」では、負極シート13、セパレータ14、及び正極シート15の夫々をずらして図示した。図4以降においても同様である。
図3A〜図3Cに示す金属空気電池12は、例えば、円形状の負極シート13と、円形状のセパレータ14と、円形状から一部を切り欠いた形状の正極シート15とが、積層されたラミネート構造である。したがって、正極シート15は、負極シート13及びセパレータ14より小さい面積で形成されている。なお、セパレータ14は、負極シート13より多少大きく形成されている(図3C参照)。この実施の形態では、図3B、図3Cに示すように、セパレータ14には、正極シート15の切欠き側の外周端部15aよりも外側に露出する液接触領域14´が形成されている。また、セパレータ14には、負極シート13と正極シート15とがセパレータ14を介して重なる部分としての検知領域14´´が設けられている。
図3Cに示すように、矢印a1の方向から、液体が、セパレータ14の液接触領域14´に接触する。これにより、液体は、液接触領域14´から検知領域14´´にまで浸透し、上記(1)〜(3)に示す反応が起こり、放電が行われる。
なお、正極シート15が、例えば、セパレータ14と同様の円形状で形成され、負極シート13が、それよりも小さい面積の形状で形成されてもよい。かかる場合、負極シート13の外周端部から外側にセパレータ14の液接触領域14´が設けられる。このような構成では、例えば、負極シート13を液体と接触する側に向けて設置する。このとき、液体の量が多く、負極シート13側が空気との接触を遮断されても、正極シート15側で空気との接触を確保されていれば、金属空気電池12として適切に動作させることができる。したがって、金属空気電池12に接触する液体量が多い場合には、負極シート13側を小さい面積で形成し、負極シート13の外周端部側に液接触領域14´を設けることが好ましい。なお、負極シート13及び正極シート15の双方を、セパレータ14より小さい面積で形成し、負極シート13及び正極シート15の夫々の外周端部から液接触領域14´が露出する構造とすることもできる。なお、負極シート13及び正極シート15の同じ側の外周端部から液接触領域14´を露出させる構成では、図1Aと近い構造になる。また、負極シート13及び正極シート15の違う方向を向く外周端部から、夫々、液接触領域14´を露出させることもできる。後述する図7A〜図7Cにおいても同様である。
図4Aは、第4の実施の形態における液検知センサの分解平面図であり、図4Bは、平面図であり、図4Cは、縦断面図である。図4A〜図4Cに示す金属空気電池22は、例えば、円形状の負極シート23と、円形状のセパレータ24と、円形状の中心を切り抜いたリング形状の正極シート25とが、積層されたラミネート構造である。この実施の形態では、図4B、図4Cに示すように、正極シート25には、セパレータ24まで通じる一つの穴25bが形成されており、穴25bを通じて露出するセパレータ24の部分が、液接触領域24´である。
また、セパレータ24には、負極シート23と正極シート25とが、セパレータ24を介して重なる検知領域24´´が設けられている。
図4Cに示すように、矢印a1の方向から、液体が、セパレータ24の液接触領域24´に接触する。これにより、液体は、液接触領域24´から検知領域24´´にまで浸透し、上記(1)〜(3)に示す反応が起こり、放電が行われる。
なお、負極シート23が、例えば、リング形状で形成され、正極シート25が、セパレータ24と同様の円形状で形成されてもよい。かかる場合、負極シート23の中央に設けられた穴から露出するセパレータ24の部分が液接触領域24´である。このような構成では、例えば、負極シート23を液体と接触する側に向けて設置する。このとき、液体の量が多く、負極シート23側が空気との接触を遮断されても、正極シート25側で空気との接触を確保されていれば、金属空気電池22として適切に動作させることができる。したがって、金属空気電池22に接触する液体量が多い場合には、負極シート23側を小さい面積で形成し、負極シート13の外周端部の内側に液接触領域14´を設けることが好ましい。なお、負極シート13及び正極シート15の双方を、例えば、リング形状で形成してもよい。液体が、負極シート13側、及び、正極シート15側のどちら側から接触しても、液検知が可能である。
図5Aは、第5の実施の形態における液検知センサの分解平面図であり、図5Bは、平面図であり、図5Cは、縦断面図である。図5A〜図5Cに示す金属空気電池32は、例えば、円形状の正極シート35と、円形状のセパレータ34と、メッシュ形状の負極シート33とが、積層されたラミネート構造である。メッシュ形状の負極シート33には、多数の微細孔が形成されており、各微細孔を通じて露出するセパレータ34の部分が、液接触領域34´である。
また、セパレータ34の液接触領域34´以外の部分が、検知領域34´´(負極シート33と正極シート35とがセパレータ34を介して重なる部分)である。
なお、図5B、図5Cでは、負極シート33が液体と接触する側であり、正極シート35は空気に触れる構造を確保されている。
液体が、メッシュ形状の負極シート33を介してセパレータ34の液接触領域34´に接触すると、液接触領域34´から検知領域34´´にまで浸透し、上記(1)〜(3)に示す反応が起こり、放電が行われる。
第5の実施の形態では、正極シート35がメッシュ形状であってもよい。ただし、液体の漏れ量が多い用途では、正極シート35の空気との接触を確実に保つために、負極シート33をメッシュ形状とし、負極シート33側で液体との接触を確保することが好ましい。なお、負極シート33と正極シート35の双方をメッシュ形状としてもよい。
図6Aは、第6の実施の形態における液検知センサの分解平面図であり、図6Bは、平面図であり、図6Cは、縦断面図である。図6A〜図6Cに示す金属空気電池42は、例えば、円形状の正極シート45と、円形状のセパレータ44と、複数の小穴43bが形成された負極シート43とが、積層されたラミネート構造である。限定されるものでないが、例えば、負極シート43には、パンチにより複数の小穴43bを形成することができる。各小穴43bを通じて露出するセパレータ44の部分が、液接触領域44´である。
また、セパレータ44の液接触領域44´以外の部分が、検知領域44´´(負極シート43と正極シート45とがセパレータ44を介して重なる部分)である。
図6A〜図6Cでは、小穴43bを、負極シート43に万遍なく、且つ規則的に形成しているが、負極シート43の一部の領域にのみ、小穴43bを形成することもでき、例えば、液体の接触量が多い場所に集中的に小穴43bを形成することができる。
液体が、負極シート43の小穴43bを介して、セパレータ44の液接触領域44´に接触すると、液接触領域44´から検知領域44´´にまで浸透し、上記(1)〜(3)に示す反応が起こり、放電が行われる。
第6の実施の形態では、正極シート45に複数の小穴が形成されていてもよい。ただし、液体の漏れ量が多い用途では、正極シート45の空気との接触を確実に保つために、負極シート43に複数の小穴43bを形成し、負極シート43側で液体との接触を確保することが好ましい。なお、負極シート43と正極シート45の双方に複数の小穴43bを形成してもよい。
図7Aは、第7の実施の形態における液検知センサの分解平面図であり、図7Bは、平面図であり、図7Cは、縦断面図である。
図7A〜図7Cに示す金属空気電池52は、負極シート53、セパレータ54及び正極シート55がいずれも、例えば、矩形形状であるが、正極シート55は、負極シート53、及びセパレータ54に比べて幅が狭い。このため、負極シート53、セパレータ54及び正極シート55を重ねたラミネート構造とすると、図7B及び図7Cに示すように、セパレータ54には、正極シート55の一辺の外周端部55aから外側に液接触領域54´が露出する。また、セパレータ54には、負極シート53と正極シート55とが、セパレータ54を介して重なる検知領域54´´が設けられている。
図7Cに示すように、矢印a1の方向から、液体が、セパレータ54の液接触領域54´に接触すると、液体は、液接触領域54´から検知領域54´´にまで浸透し、上記(1)〜(3)に示す反応が起こり、放電が行われる。
なお、負極シート53の幅を小さくして、負極シート53の一辺の外周端部から外側にセパレータ54の液接触領域54´が設けられる構造としてもよい。このような構成では、例えば、負極シート53を液体と接触する側に向けて設置する。このとき、液体の量が多く、負極シート53側が空気との接触を遮断されても、正極シート55側で空気との接触を確保されていれば、金属空気電池52として適切に動作させることができる。したがって、金属空気電池52に接触する液体量が多い場合には、負極シート53側を小さい面積で形成し、負極シート53の外周端部に液接触領域54´を設けることが好ましい。
例えば、図3A〜図3Cに示した第3の実施の形態や、図7A〜図7Cに示した第7の実施の形態のように、正極シート(負極シート)の外周端部から、はみ出すセパレータの液接触領域を形成するために、正極シート(負極シート)を切欠き形状や、幅を狭くした形状等としたが、これらは一例にすぎず、形状を限定するものではない。また、例えば、図3A〜図3Cに示した第3の実施の形態では、金属空気電池12の外形を円形状とし、図7A〜図7Cに示した第7の実施の形態では、金属空気電池52の外形を矩形状としているが、これらは一例にすぎず、形状を限定するものではない。他の実施の形態においても同様である。
図1〜図7に示す実施の形態では、いずれもセパレータが、正極シート及び負極シートよりも広い面積で形成されていたが、例えば、図8A〜図8Dに示すように、セパレータ64を、負極シート63及び正極シート65よりも小さい面積で形成することもできる。ただし、図8Aに示すように、セパレータ64の幅寸法T1は、負極シート63及び正極シート65の各幅寸法T2、T3よりも広い。このため、負極シート63、セパレータ64及び正極シート65を重ねたラミネート構造の金属空気電池62としたとき、図8B、図8Cに示すように、セパレータ64には、負極シート63及び正極シート65の外周端部63a、65aから外側に露出する液接触領域64´が設けられる。また、セパレータ64には、負極シート63と正極シート65とが、セパレータ64を介して重なる検知領域64´´が設けられている。
液体が、セパレータ64の液接触領域64´に接触すると、液体は、液接触領域64´から検知領域64´´にまで浸透し、上記(1)〜(3)に示す反応が起こり、放電が行われる。
上記で説明した各実施の形態における金属空気電池は、可撓性を備える。したがって、金属空気電池を平面状のみならず、例えば、図9Aに示すように、金属空気電池70の一部を曲面状に折り曲げたり、図9Bに示すように、金属空気電池80をらせん状と変形させることもできる。また、図9Aに示すように、金属空気電池70に切欠き70aを形成し、金属空気電池70を、簡単に、複数に分割することもできる。
従来では、セパレータへ液体を浸透させるために、電池部とは別に液吸収部材等を設けていたが、本実施の形態では、セパレータを、正極シートと負極シートが、セパレータを挟んで重なる面積より広く形成した。上記各実施の形態において、「正極シートと負極シートが、セパレータを挟んで重なる面積」とは、セパレータの検知領域の面積に該当する。例えば、図1Bで説明すると、「正極シートと負極シートが、セパレータを挟んで重なる面積」は、負極シート3及び正極シート5の面積S1に等しい。そして、図1Bに示すように、セパレータ4は、面積S1よりも広い面積で形成されている。また、図3B、図3Cを例にとると、「正極シートと負極シートが、セパレータを挟んで重なる面積」は、正極シート15の面積S2に等しい。負極シート13は、正極シート15よりも広い面積であるため、負極シート13の全てが正極シート15と重なっていない。一方、正極シート15の全ては、負極シート13と重なっているため、「正極シートと負極シートが、セパレータを挟んで重なる面積」とは、正極シート15の面積S2となる。また、図8Bを例にとると、「正極シートと負極シートが、セパレータを挟んで重なる面積」は、負極シート63と正極シート65とが重なる面積S3に等しい。
そして、本実施の形態では、セパレータは、正極シート及び負極シートの少なくとも一方から露出する液接触領域を有する。すなわち、セパレータは、正極シートと負極シートが、セパレータを挟んで重なる面積よりも広く形成されるので、セパレータには、正極シート及び負極シートの少なくとも一方から、はみ出した領域が存在する。その領域が、液接触領域となる。これにより、液体を、液接触領域で吸収するとともに、正極シートと負極シートがセパレータを挟んで重なる検知領域にまで浸透させることができ、液体が少量でも的確に検知することができる。
また、各実施の形態では、セパレータに、検知領域と一体的に液接触領域を設けているので、部品点数を増やすことなく、液体を、セパレータの検知領域にまでスムースに浸透させることができ、精度良く、液漏れ検知を行うことができる。また、薄型で且つ設置場所の自由度が高い液検知センサ1を実現することができる。
図10に示すように、本実施の形態における液検知センサ1は、金属空気電池2と、送信部6と、を有する。金属空気電池2では、液漏れに基づく電池反応により電圧値(抵抗値)が変化する。この電圧変化に基づく検知信号を送信部6から無線で受信部7に送信する。受信部7では受信した検知信号に基づいて、液漏れが発生したことを検知し、自動的に装置等を停止させたり、人に、液漏れが生じたことを報知することができる。検知信号に対し閾値を用いて、検知信号のレベルが閾値を越えた場合に、液漏れが生じたと判別したり、液漏れのレベルを判断することもできる。なお、図10では、金属空気電池として、図1や図2に示す金属空気電池の符号を代表して用いたが、他の実施の形態の金属空気電池も、当然のことながら図10の液検知センサ1を適用することができる。
本実施の形態の液検知センサ1は、金属空気電池を備え、漏水や漏血により自己発電する。なお、漏水により自己発電させるには、セパレータに予め塩を含有しておく必要がある。塩を限定するものではないが、例えば、塩化ナトリウムを挙げることができる。このように、本実施の形態では、液検知センサ1は、外部電源を必要とせず、無線で、金属空気電池で得られた検知信号を送信部6から受信部7に送ることができる。無線方式を限定するものでなく、無線LAN、Bluetooth(登録商標)、Wi−Fi等、既存の方式を用いることができる。
以上により、本実施の形態では、有線を用いる必要がなく、コンパクトな形態を実現でき、例えば、人体に、本実施の形態の液検知センサ1を取り付けた際にコードが邪魔になることがなく、また、設置しにくい場所などにも簡単に取り付けることができる。
本実施の形態の液検知センサ1の使用用途を限定するものではないが、医療現場や屋内での作業現場等に適用することができる。
医療現場では、点滴の漏れや漏血を検知することができる。漏血としては、例えば、人工透析用の漏血センサとして用いることができる。図2に示す実施の形態のように、セパレータ4を折り曲げた液検知センサ1では、液検知センサ1の下面全体が、液接触領域4´であり、液検知センサ1を患者の肌に挿入された注射針の近傍に貼り付けることで、穿刺部からの出血を素早く感知することができる。
本発明の液検知センサによれば、漏血検知センサや漏水検知センサとして、有効に適用することが出来る。特に、本発明では、薄型で小型の液検知センサを実現でき、且つ液検知センサは、外部電源を必要としない。したがって、使い勝手に優れ、対象物や場所を問わず、簡単に使用することができる。
本出願は、2019年7月10日出願の特願2019−128089、及び、2019年9月10日出願の特願2019−164902に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (9)

  1. 正極シートと、負極シートと、前記正極シートと前記負極シートの内面間に介在するセパレータと、が積層されて構成された金属空気電池と、前記金属空気電池にて得られた検知信号を受信する受信部と、有し、
    前記セパレータは、前記正極シートと前記負極シートが、前記セパレータを挟んで重なる面積より広く形成されており、
    前記セパレータ、前記正極シートと前記負極シートの内面間の検知領域と、記負極シートの外周端部から延出した部分が前記負極シートの外面と重なるように折り曲げられた液接触領域とを有しており、
    液体が、前記負極シートの外面側から前記液接触領域に接触することで前記検知領域まで浸透し液検知され、
    前記受信部では、前記検知信号のレベルが閾値を越えた場合に、液漏れと判断することを特徴とする液検知センサ。
  2. 前記液接触領域は、前記正極シート及び前記負極シートの両方の外周端部から延出した部分が、前記負極シートの外面と重なるように折り曲げられて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液検知センサ。
  3. 前記正極シートの厚みは、0.4mm〜2.0mmであり、前記負極シートの厚みは、0.05mm〜2.0mmであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液検知センサ。
  4. 前記正極シート、前記負極シート及び前記セパレータが積層されたラミネート部分の表面を覆う外皮シートが設けられており、前記外皮シートは、前記正極シートに空気が接触可能に配置されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の液検知センサ。
  5. 前記セパレータは、複数に分離されており、各セパレータに前記液接触領域が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の液検知センサ。
  6. 前記負極シートは、マグネシウムシート、或いは、マグネシウム合金シートであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の液検知センサ。
  7. 前記金属空気電池の検知信号を、前記受信部へ無線通信が可能な送信部を有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の液検知センサ。
  8. 前記液検知センサは、漏血検知センサであることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の液検知センサ。
  9. 前記液検知センサは、漏水検知センサであることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の液検知センサ。
JP2020567991A 2019-07-10 2020-05-27 液検知センサ Active JP6920563B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021078288A JP6920571B2 (ja) 2019-07-10 2021-05-06 液検知センサ

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019128089 2019-07-10
JP2019128089 2019-07-10
JP2019164902 2019-09-10
JP2019164902 2019-09-10
PCT/JP2020/020954 WO2021005906A1 (ja) 2019-07-10 2020-05-27 液検知センサ

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021078288A Division JP6920571B2 (ja) 2019-07-10 2021-05-06 液検知センサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6920563B2 true JP6920563B2 (ja) 2021-08-18
JPWO2021005906A1 JPWO2021005906A1 (ja) 2021-09-13

Family

ID=74115196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020567991A Active JP6920563B2 (ja) 2019-07-10 2020-05-27 液検知センサ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11646454B2 (ja)
JP (1) JP6920563B2 (ja)
KR (1) KR102464074B1 (ja)
CN (1) CN114127529A (ja)
TW (1) TW202104861A (ja)
WO (1) WO2021005906A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11955668B2 (en) * 2021-09-23 2024-04-09 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Self-powered leak detection sensor
CN117117355B (zh) * 2023-10-23 2024-02-09 宁德时代新能源科技股份有限公司 漏液检测装置和电池

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4855706A (en) 1987-09-11 1989-08-08 Hauptly Paul D Organic liquid detector
US6127061A (en) * 1999-01-26 2000-10-03 High-Density Energy, Inc. Catalytic air cathode for air-metal batteries
JP4317099B2 (ja) 2004-08-12 2009-08-19 日本電信電話株式会社 漏水センサーおよび漏水検出システム
US20100203394A1 (en) * 2009-02-06 2010-08-12 In Tae Bae Thin metal-air batteries
US20110059364A1 (en) * 2009-09-10 2011-03-10 Battelle Memorial Institute Air electrodes for high-energy metal air batteries and methods of making the same
WO2012020507A1 (ja) 2010-08-13 2012-02-16 日本協能電子株式会社 液体漏れ感知システム
CN103748710B (zh) * 2011-08-23 2018-11-27 株式会社日本触媒 负极合剂或凝胶电解质以及使用了该负极合剂或凝胶电解质的电池
WO2014061777A1 (ja) 2012-10-19 2014-04-24 タツタ電線株式会社 液体検知装置、その電極コネクタ、液体検知システム、及び、液体検知方法
KR101709962B1 (ko) 2013-05-02 2017-03-08 에코 덴키 가부시키가이샤 액체 검사 용구
JP2015197392A (ja) * 2014-04-02 2015-11-09 ホシデン株式会社 電源を兼ね備えた液体有無検出機器及びそれを備えた空気改良機器
JP2016102771A (ja) 2014-11-29 2016-06-02 東横化学株式会社 漏液センサ
US10770729B2 (en) * 2015-01-09 2020-09-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electrode, power storage device, and electronic equipment
JP2017148332A (ja) 2016-02-26 2017-08-31 株式会社アンバー 漏液検知システム
US10712230B2 (en) 2016-06-21 2020-07-14 Acellent Technologies, Inc. Stretchable sensor layer
WO2019102986A1 (ja) * 2017-11-22 2019-05-31 Tdk株式会社 電池パック

Also Published As

Publication number Publication date
CN114127529A (zh) 2022-03-01
US11646454B2 (en) 2023-05-09
US20220278380A1 (en) 2022-09-01
KR102464074B1 (ko) 2022-11-04
TW202104861A (zh) 2021-02-01
KR20220017534A (ko) 2022-02-11
WO2021005906A1 (ja) 2021-01-14
JPWO2021005906A1 (ja) 2021-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6920563B2 (ja) 液検知センサ
JP6920571B2 (ja) 液検知センサ
EP2604303A1 (en) Liquid leakage detection system
KR20140116823A (ko) 방수 통기 구조, 방수 통기 부재 및 방수 통기막
JP2012517075A (ja) 薄型金属空気電池
JP4349360B2 (ja) 水分感知シート
US10950910B2 (en) Air cell and patch
JP7251956B2 (ja) シート状空気電池、その製造方法およびパッチ
JP2022119904A (ja) ウェアラブルパッチ
JP7017360B2 (ja) 空気電池、および、デバイス
JP6345559B2 (ja) 空気極及び金属空気電池
JP7371825B2 (ja) 液検知装置
JP7437846B2 (ja) 液検知センサ
JP7437845B2 (ja) 液検知センサ
JP7017354B2 (ja) シート状空気電池およびパッチ
JP7430557B2 (ja) 液検知センサ
WO2017208410A1 (ja) 尿取パッド
JP6499351B2 (ja) 空気極及び金属空気電池
JPWO2020017459A1 (ja) 電池ロールおよびその製造方法
JP2019067618A (ja) 空気電池の封入体、デバイスの封入体
JP2023174287A (ja) 空気極および金属空気電池
JP2019063230A (ja) デバイス
JP2017174795A (ja) 扁平形電池
JP2021144872A (ja) シート状空気電池およびパッチ
JPH1026574A (ja) 液状物の漏洩検知具及びこの検知具が組み込まれた液状物充填多層袋体並びにウォーターベッド

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201204

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201204

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20201204

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20210105

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210309

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210506

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210608

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210702

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210713

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210726

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6920563

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150