JP7371825B2

JP7371825B2 - 液検知装置

Info

Publication number: JP7371825B2
Application number: JP2019164901A
Authority: JP
Inventors: 真弘瀬下; 昌樹高橋
Original assignee: Fujikura Composites Inc
Current assignee: Fujikura Composites Inc
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2023-10-31
Anticipated expiration: 2039-09-10
Also published as: JP2021040907A

Description

本発明は、金属空気電池を備えた液検知装置に関する。

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、液検知装置を配置する。液検知装置では、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

しかしながら、特許文献に記載の発明では、センサへの液体の導入場所をコントロールすることができず、また、液体の導入エリアが広範となり、例えば、正極シートが液体に浸されて空気から遮断される等して、金属空気電池として適切に動作させることができない事態が想定される。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、金属空気電池への液導入場所をコントロールでき、金属空気電池を適切に動作させることができ、検知精度を向上させることができる液検知装置を提供することを目的とする。

本発明の液検知装置は、正極シートと、負極シートとを有し、前記正極シートと前記負極シートとの間に液体が浸透することで発電する金属空気電池と、前記金属空気電池を収容する筐体と、を具備し、前記筐体には、外部から前記金属空気電池へ前記液体を導入する液導入手段が設けられており、前記正極シートと、前記負極シートとの間には、セパレータが介在し、前記セパレータには、前記負極シート及び前記正極シートの外周端部から延出し、前記正極シートの外面或いは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を有しており、前記液接触領域と前記液導入手段とが対向している、ことを特徴とする。

本発明では、前記液導入手段は、前記筐体の少なくとも一面に設けられた、１つ或いは複数の液導入孔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。

本発明の液検知装置によれば、金属空気電池への液導入をコントロールでき、金属空気電池を適切に動作させることができる。これにより、検知精度を向上させることができる。

図１は、本実施の形態における液検知装置の斜視図である。図２は、本実施の形態における液検知装置の縦断面図である。図３は、本実施の形態の液検知装置内に収容される金属空気電池の一例を示す縦断面図である。図４は、本実施の形態の液検知装置内に収容される金属空気電池の一例を示す縦断面図である。図５Ａは、本実施の形態の液検知装置内に収容される金属空気電池の一例を示す平面図であり、図５Ｂは、縦断面図である。図６は、本実施の形態における液検知装置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１、及び図２に液検知装置１は、金属空気電池２と、金属空気電池２を収容する筐体１０と、を有して構成される。

限定するものではないが、筐体１０は、金属空気電池２を収容可能な大きさの有底空間を備える収容体１１と、収容体１１の開口を塞ぐことが可能な蓋体１２と、を有して構成される。

図２に示すように、金属空気電池２を収容体した収容体１１と蓋体１２とが接着剤等により接合され一体化される。

図１、図２に示すように、蓋体１２には、外部から金属空気電池２へ液体を到達させる液導入手段としての複数の液導入孔１３が設けられている。液導入孔１３は、蓋体１２を貫通しており、液導入孔１３を介して、外部から収容体１１内に液体を導くことができる。

金属空気電池２は、負極シート（金属極シート）と、正極シート（空気極シート）とを有する。金属空気電池２は、負極シートと正極シートの間に液体が浸透することで発電する。

金属空気電池２の構造を限定するものではないが、以下に金属空気電池２の一例を示す。

図３に示すように、金属空気電池２は、例えば、負極シート３と、セパレータ４と、正極シート５とが、積層されたラミネート構造である。図３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。

例えば、各シート間は、粘着層を介して固定される。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。

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１に示すように、セパレータ４は、例えば、負極シート３及び正極シート５より大きく形成される。また、図１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１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。

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。

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。負極シート３、及び正極シート５の各厚みと、更にセパレータ４の厚みを加えた総厚が金属空気電池２の厚みとなり、収容体１１は、金属空気電池２の厚み以上の深さを有する収容空間を備えている。

図１に示す液導入孔１３と、金属空気電池２の液接触領域４´は、厚み方向で、対向しており、したがって、外部から液導入孔１３を通じて液接触領域４´にまで適切に液体を導くことができる。

図３に示すように、液導入孔１３を通じて矢印ａ１の方向から、液体が、セパレータ４の液接触領域４´に接触する。これにより、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 →２Ｍｇ^２＋＋４ｅ^－
（２）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ^－ →４ＯＨ^－
（３）２Ｍｇ＋Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ →２Ｍｇ（ＯＨ）_２

図３では、正極シート５側を図示上側に向けており、正極シート５の外側に位置する液接触領域４´から液体が接触する構成であるが、例えば、負極シート３側を図示上方向に向けて、負極シート３の外側に位置する液接触領域４´から液体が接触する構成としてもよい。

負極シート３及び正極シート５と、図６に示す送信部６とが、電気的に接続されている。ただし、接続構造を限定するものではない。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。

図４に示す他の実施の形態では、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４に示す実施の形態では、筐体１０の液導入孔１３を通じて、矢印ａ２の方向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。また、図４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。

図５Ａ及び図５Ｂに示す他の実施の形態では、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の金属空気電池である。この実施の形態では、図５Ａ、図５Ｂ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５Ｂに示すように、矢印ａ３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。

図３～図５に示す金属空気電池２は、負極シート３及び正極シート５の間にセパレータ４を有する構成であるが、液接触領域４´を有し、液体を液接触領域４´から検知領域´´に浸透させるセパレータ４は無くてもよい。すなわち、セパレータ４を用いずに負極シート３及び正極シート５の間に液体を浸透させる構成とすることができる。

本実施の形態では、金属空気電池２を、筐体１０に収容することで、金属空気電池２を外部からの衝撃や、接触等から適切に保護することができる。加えて、本実施の形態では、筐体１０に、外部から金属空気電池２へ液体を導入する液導入手段を設けている。

本実施の形態では、液導入手段として、図１に示すように、複数の液導入孔１３を筐体１０に配置した。これにより、外部から液体を、液導入孔１３を通じて、金属空気電池２まで適切に導入することができる。したがって、本実施の形態によれば、液体の金属空気電池２への導入場所をコントロールすることができ、金属空気電池２を適切に動作させることができる。これにより、検知精度を向上させることができる。

液導入孔１３の数は、１つであってもよい。また、液導入孔１３の大きさや形状、形成場所を限定するものではない。

図１、図２では、液導入孔１３は、筐体１０の上面に形成されるが、上面とともに、或いは上面に代えて、筐体１０の下面や側面に形成されてもよい。液導入孔１３は、少なくとも１面に形成されるが、複数の面に形成されてもよい。例えば、液導入孔１３を、筐体１０の上面と下面の両面に形成することができる。これにより、液検知装置１の上面側、或いは下面側の液漏れを適切に検知することができる。

本実施の形態では、金属空気電池２には、負極シート３と、正極シート５と、その間に介在するセパレータ４とが積層されたラミネート構造を用いることができる。このとき、セパレータ４には液接触領域４´を設けることができ、液接触領域４´に接触した液体を、負極シート３と正極シート５の間のセパレータ４の検知領域４´´まで浸透させることができる。本実施の形態では、液体が、液導入孔１３を通じて、液接触領域４´に到達するように、液導入孔１３及び液接触領域４´を配置することができる。すなわち、例えば、液導入孔１３と、液接触領域４´を対向して配置することで、液導入孔１３を通じて筐体１０内に導かれる液体を、液接触領域４´に適切に接触させることが可能である。換言すれば、液体を、金属空気電池２の液接触領域４´にのみ接触させることができ、確実に液漏れ検知を行うことができる。

なお、本実施の形態の液検知装置１は、金属空気電池２を備え、漏水や漏血により自己発電する。漏水により自己発電させるには、例えば、セパレータ４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、液検知装置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、コンパクトな形態の液検知装置１を実現できる。本実施の形態の液検知装置１を取り付けた場所で、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装置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。

本発明の液検知装置によれば、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装置を実現でき、且つ液検知装置は、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。

１：液検知装置
２：金属空気電池
３、２３：負極シート
４、２４：セパレータ
４´、２４´ ：液接触領域
４´´、２４´´ ：検知領域
５、２５：正極シート
６：送信部
７：受信部
１０：筐体
１１：収容体
１２：蓋体
１３：液導入孔

Claims

正極シートと、負極シートとを有し、前記正極シートと前記負極シートとの間に液体が浸透することで発電する金属空気電池と、
前記金属空気電池を収容する筐体と、を具備し、
前記筐体には、外部から前記金属空気電池へ前記液体を導入する液導入手段が設けられており、
前記正極シートと、前記負極シートとの間には、セパレータが介在し、前記セパレータには、前記負極シート及び前記正極シートの外周端部から延出し、前記正極シートの外面或いは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を有しており、
前記液接触領域と前記液導入手段とが対向している、
ことを特徴とする液検知装置。
前記液導入手段は、前記筐体の少なくとも一面に設けられた、１つ或いは複数の液導入孔であることを特徴とする請求項１に記載の液検知装置。
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を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液検知装置。