KR102464074B1 - 액 검지 센서 - Google Patents

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KR102464074B1
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마사키 타카하시
마사히로 세시모
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후지쿠라 컴퍼지트 가부시키가이샤
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Abstract

특히, 세퍼레이터에 액 접촉 영역을 일체로 형성하고, 적은 부품수로 검지 정밀도를 향상시킨 액 검지 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 액 검지 센서(1)는, 음극 시트(3)와, 양극 시트(5)와, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 사이에 개재되는 세퍼레이터(4)가 적층된 금속 공기 전지(2)를 가지며, 세퍼레이터(4)는, 양극 시트(5)와 음극 시트(3)가, 세퍼레이터(4)를 사이에 두고 중첩되는 면적 보다 넓게 형성되어 있고, 양극 시트 및 음극 시트의 적어도 하나로부터 노출되는 액 접촉 영역(4')을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

액 검지 센서
본 발명은, 금속 공기 전지를 구비한 액 검지 센서에 관한 것이다.
의료 현장이나 실내에서의 작업 현장 등에서, 누액 검지 시스템이 사용된다. 누액 검지 시스템에서는, 누액 위치에 액 검지 센서를 배치한다. 액 검지 센서에서는 외부로부터 액체가 접촉하였을 때의 전기적 변화를 인식하여 누액을 검지한다.
예를 들면, 특허문헌 1, 2에는, 누혈(漏血) 검지용 누액 검지 시스템에 관한 발명이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 발명에는 누출된 액체에 의해 발전하는 수전지(水電池)를 이용한 센서가 개시되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 발명에는 양극(정극(正極)) 시트, 세퍼레이터 및 음극(부극(負極)) 시트를 가지는 마그네슘 전지를 이용한 센서가 개시되어 있다.
국제 공개 제2012/020507호 일본 공개특허 제2017-148332호 공보
수전지를 이용하는 특허문헌 1에 기재된 발명에서는, 수전지가 흡수성 부재의 상측 혹은 내부에 배치되어 있어, 혈액 등의 액체가 흡수 부재에 넓게 침투하는 것으로써, 수전지의 내부에서 전기 화학 반응을 일으켜 발전시킨다.
이와 같이, 특허문헌 1에서는, 수전지 이외에 흡수성 부재를 필요로 하고, 또한, 흡수성 부재에 대한 상당량의 액체 침투가 없다면, 적절하게 누액 검지를 행하는 것이 가능하지 않다.
마그네슘 전지를 이용하는 특허문헌 2에 기재된 발명에서는, 이측(裏側) 반창고와, 표면 반창고와, 각 반창고의 사이에 누액 센서부가 수납되어 있어, 누설된 액체가 이측 반창고로부터 누액 센서부의 내부에 침투하는 것으로써, 전기 화학 반응을 일으켜 발전시킨다.
이와 같이, 특허문헌 2에서는, 이측 반창고로부터 누액 센서부의 세퍼레이터까지 액체를 침투시키는 것이 필요해지고, 누액량에 따라서는 적절하게 세퍼레이터까지 침투시키는 것이 가능하지 않아, 검지 정밀도가 떨어지기 쉽다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 특히, 세퍼레이터에, 액 접촉 영역을 일체적으로 형성하고, 부품수를 늘리지 않고, 검지 정밀도를 향상시킨 액 검지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 액 검지 센서는, 양극 시트와, 음극 시트와, 상기 양극 시트와 상기 음극 시트의 내면 사이에 개재되는 세퍼레이터가 적층되어 구성되는 금속 공기 전지와, 상기 금속 공지 전지에서 얻어진 검지 신호를 수신하는 수신부를 포함하며, 상기 세퍼레이터는, 상기 양극 시트와 상기 음극 시트가 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩된 면적 보다 더 넓게 형성되어 있고, 상기 세퍼레이터는, 상기 양극 시트와 상기 음극 시트의 내면 사이의 검지 영역과, 상기 음극 시트의 외주 단부에서부터 연장된 부분이 상기 음극 시트의 외면과 겹치도록 구부러진 액 접촉 영역을 가지고 있으며, 액체가, 상기 음극 시트의 외면 측으로부터 상기 액 접촉 영역에 접촉함으로써 상기 검지 영역까지 침투하여 액 검지되고, 상기 수신부에서, 상기 검지 신호의 수준이 임계 값을 초과하는 경우, 누액으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에서는, 상기 액 접촉 영역은, 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 모두의 외주 단부에서부터 연장된 부분이, 상기 음극 시트의 외면과 겹치도록 구부러져 형성되어 있는 구성으로 하는 것이 가능하다.
본 발명에서는, 상기 양극 시트의 두께는, 0.4mm∼2.0mm이며, 상기 음극 시트의 두께는, 0.05mm∼2.0mm인 구성으로 하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에서는, 상기 양극 시트, 상기 음극 시트 및 상기 세퍼레이터가 적층된 라미네이트 부분의 표면을 덮는 외피 시트가 설치되고, 상기 외피 시트는, 상기 양극 시트에 공기가 접촉 가능하게 배치되는 구성으로 하는 것이 가능하다.
삭제
삭제
본 발명에서는, 상기 세퍼레이터는, 복수로 분리되어 있고, 각 세퍼레이터에 상기 액 접촉 영역이 형성되어 있는 구성으로 하는 것이 가능하다.
본 발명에서는, 상기 음극 시트는, 마그네슘 시트 혹은 마그네슘 합금 시트인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 금속 공기 전지의 검지 신호를 수신부로 무선 통신이 가능한 송신부를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 액 검지 센서는, 예를 들면, 누혈 검지 센서 혹은 누수 검지 센서이다.
본 발명의 액 검지 센서에 따르면, 금속 공기 전지를 구성하는 세퍼레이터를, 양극 시트와 음극 시트의 중첩 면적 보다 크게 형성하고, 양극 시트 혹은 음극 시트로부터 노출되는 부분을 액 접촉 영역으로 하였다. 이에 따라, 액 접촉 영역에 접촉한 액체를, 양극 시트와 음극 시트 사이의 세퍼레이터까지 원활하게 침투시키기 쉽고, 부품수를 늘리지 않고, 검지 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
도 1a는 제1 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 종단면도이다.
도 1b는 제1 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 평면도이다.
도 2는 제2 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 종단면도이다.
도 3a는 제3 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이다.
도 3b는 제3 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 평면도이다.
도 3c는 제3 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 종단면도이다.
도 4a는 제4 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이다.
도 4b는 제4 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 평면도이다.
도 4c는 제4 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 종단면도이다.
도 5a는 제5 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이다.
도 5b는 제5 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 평면도이다.
도 5c는 제5 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 종단면도이다.
도 6a는 제6 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이다.
도 6b는 제6 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 평면도이다.
도 6c는 제6 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 종단면도이다.
도 7a는 제7 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이다.
도 7b는 제7 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 평면도이다.
도 7c는 제7 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 종단면도이다.
도 8a는 제8 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이다.
도 8b는 제8 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 평면도이다.
도 8c는 도 8b의 B-B선을 따라 절단하여 화살표 방향으로 본 종단면도이다.
도 8d는 도 8b의 C-C선을 따라 절단하여 화살표 방향으로 본 종단면도이다.
도 9a는 제9 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 사시도이다.
도 9b는 제10 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 사시도이다.
도 10은 본 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 블록도이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태(이하, "실시 형태"라 간략히 기재한다)에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지의 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.
도 1a, 도 1b에 도시한 액 검지 센서(누액 검지 센서)(1)는, 금속 공기 전지(2)를 가진다. 도 10에 도시한 바와 같이, 액 검지 센서(1)는 추가로 송신부(6)를 구비하고 있다. 또한, 도 1a는, 도 1b에 도시한 A-A선을 따라 절단하여 화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 금속 공기 전지(2)는, 음극 시트(금속극 시트)(3)와, 세퍼레이터(4)와, 양극 시트(공기극 시트)(5)가 적층된 라미네이트 구조이다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(4)는 음극 시트(3)와 양극 시트(5)의 사이에 개재되어 있다.
한정하는 것은 아니지만, 각 시트 사이는 점착층을 매개로 하여 고정되거나, 후술할 외피 시트를 이용하여 고정되거나, 혹은 플라스틱 등의 하우징에 의해 고정된다. 점착층은, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 가장자리부에 부분적으로 마련되고, 세퍼레이터(4)의 검지 영역(4")에는 마련되지 않는 것이 바람직하다. 여기에서, 검지 영역(4")이란, 음극 시트(3)와 양극 시트(5)가 세퍼레이터(4)를 매개로 하여 중첩되는 부분의 영역을 지칭한다.
음극 시트(3)를 구성하는 금속은, 마그네슘(Mg), Mg 합금, 아연(Zn), Zn 합금, 알루미늄(Al) 혹은 Al 합금 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이 가운데, 음극 시트(3)를 구성하는 금속은, Mg 혹은 Mg 합금인 것이 보다 바람직하다.
세퍼레이터(4)는, 전기적으로 절연성, 이온 투과성 및 액 침투성을 가진 재질로 형성된다. 예를 들면, 부직포, 직포, 다공성 박막 등이다.
양극 시트(5)는, 집전체와 촉매층(반응부)을 가지고 구성된다. 집전체에 요구되는 특성은, 음극 시트(3)로부터 방출되는 전자를, 촉매층에 전달하는 도전성과, 산소를 투과시키는 통기성이다. 집전체의 구성을 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 철망이나 발포 금속 등 기존의 것을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 촉매층에 요구되는 특성은, 액체를 외부로 방출하지 않는 소수성 및 산소를 투과시키는 통기성이다. 촉매층에는 기존의 재질을 이용하는 것이 가능하다. 촉매층은, 적어도 집전체의 한 쪽 면에 형성되어 있고, 촉매층은, 세퍼레이터(4)에 밀접하고 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(4)는 음극 시트(3) 및 양극 시트(5) 보다 크게 형성된다. 도 1a 및 도 1b에 도시한 구성에서는, 양극 시트(5)와 음극 시트(3)는 동일한 크기이다.
도 1a, 도 1b에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(4)는, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 도면상 우측의 외주단부(外周端部)(3a, 5a)로부터 도면상 우측 방향으로 길게 연장되어 있다. 이 실시 형태에서는, 세퍼레이터(4)는 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 도면상 상측의 외주단부(5b)(음극 시트(3)의 외주단부는 표시하지 않음) 및 도면상 하측의 외주단부(5c)(음극 시트(3)의 외주단부는 표시하지 않음)로부터도 약간 돌출되어 있다. 이와 같이, 세퍼레이터(4)의 도면상 상하 방향의 폭 치수도, 양극 시트(5)와 음극 시트(3) 보다 크게 형성하는 것으로써, 양극 시트(5)와 음극 시트(3)를, 도면상 상하 방향에 있어서, 세퍼레이터(4) 내에서 적절하게 위치 정렬하는 것이 가능하다. 따라서, 양극 시트(5)와 음극 시트(3) 사이의 모든 영역에, 적절하게 세퍼레이터(4)를 개재시키는 것이 가능하다.
세퍼레이터(4)는, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 외주단부(3a, 5a)로부터 연장된 액 접촉 영역(4')과, 음극 시트(3)와 양극 시트(5)의 사이에 개재되는 검지 영역(4")을 가진다. 액 접촉 영역(4')과 검지 영역(4")은 일체적으로 형성되어 있다.
여기에서, 세퍼레이터(4)는, 도 1b에 도시한 바와 같이, 도면상 좌우 방향으로 길이 L1으로 형성되어 있다. 또한, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)(도 1b에는, 양극 시트(5)만 도시)는, 도면상 좌우 방향으로 길이 L2로 형성되어 있다. 한정하는 것은 아니지만, 길이비(L1/L2)는, 1.1∼4.0이다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)는, 세퍼레이터(4)의 좌우 방향의 중심 보다도 도면상 좌측으로 치우치게 배치된다. 이에 따라, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 외주단부(3a, 5a)로부터 도면상 우측에 액 접촉 영역(4')이 형성된다. 또한, 세퍼레이터(4)와, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 도면상 좌측단을 일치시키기 보다, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)를, 세퍼레이터(4)의 도면상 좌측단 보다 다소 내측에 배치하는 것이 바람직하다.
한정되는 것은 아니지만, 양극 시트(5)의 두께(집전체를 포함한다)는, 0.4∼2.0㎜ 정도이다. 또한, 음극 시트(3)의 두께는 0.05∼2.0mm 정도이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 화살표 a1, a2의 적어도 하나로부터, 액체가 세퍼레이터(4)의 액 접촉 영역(4')에 접촉한다. 그리고, 액체는 액 접촉 영역(4')으로부터 검지 영역(4")까지 침투한다. 액체가 검지 영역(4")에 도달하면, 예를 들면, 음극 시트(3)를 구성하는 금속이 Mg인 경우, 음극 시트(3) 측에서는 하기 (1)에 나타낸 산화 반응이 발생한다. 또한, 양극 시트(5)에 있어서는, 하기 (2)에 나타낸 환원 반응이 발생한다. 따라서, 금속 공기 전지(2)의 전체로서는, 하기 (3)에 나타낸 반응이 일어나, 방전이 행해진다.
(1) 2Mg → 2Mg2+ + 4e-
(2) O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
(3) 2Mg + O2 + 2H2O → 2Mg(OH)2
도 1a, 도 1b에 도시한 실시 형태에서는, 액 접촉 영역(4')은, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)로부터 보아 도면상 우측 방향으로만 형성되어 있지만, 추가로, 도면상 상측 방향, 도면상 하측 방향, 혹은, 도면상 좌측 방향으로 마련되어 있어도 좋다. 이와 같이, 액 접촉 영역(4')을 2방향 이상으로 마련하는 것이 가능하다. 액 접촉 영역(4')을 2방향 이상으로 마련하는 것으로써, 누액의 검지 범위를 넓히는 것이 가능하다.
도 1a, 도 1b에는, 액 접촉 영역(4')을, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 외주단부(3a, 5a)로부터 외측 방향으로 길게 연장하였기 때문에, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)로부터 떨어진 곳의 누액도 적절하게 검지하는 것이 가능하다.
한편, 도 2에 도시한 제2 실시 형태에서는, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 외주단부(3a, 5a)로부터 연장되는 세퍼레이터(4)를 접어, 음극 시트(3)의 외면(3d)(도 2에 도시한 음극 시트(3)의 아랫면)에 중첩되어 있다. 이에 따라, 액 접촉 영역(4')을 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)와 중첩되도록 배치하는 것이 가능하다.
도 2에 도시한 실시 형태에서는, 화살표 a3의 방향이나 금속 공기 전지(2)의 주위로부터의 누액에 따라, 액체가 액 접촉 영역(4')에 접촉한다. 이에 따라, 액체가 액 접촉 영역(4')으로부터 음극 시트(3)와 양극 시트(5) 사이에 끼워진 검지 영역(4")으로 신속하게 침투하여 누액을 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능하다.
도 2에 도시한 실시 형태의 금속 공기 전지(2)는, 도 1a에 도시한 금속 공기 전지(2)에 비해 소형화를 실현 가능하고, 특히, 소정 위치의 누액을 중점적으로 검지하는 용도로 우수하다. 예를 들면, 출혈의 검지용으로서 이용하는 경우, 검지하고자 하는 인체 부분에, 도 2에 도시한 금속 공기 전지(2)를 부착하는 것으로, 인체의 소정 위치의 출혈을 중점적으로 검지하는 것이 가능하다. 또한, 도 2에 도시 한 음극 시트(3)에 다수의 미세 구멍을 형성하는 것으로, 액 접촉 영역(4')에 접촉 한 액체는 미세 구멍을 통과하여 검지 영역(4")에까지 도달 가능하여, 보다 신속하게 누액을 검지하는 것이 가능하다.
또한, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 외주단부(3a, 5a)로부터 연장되는 세퍼레이터(4)를 접는 방향은, 음극 시트(3)의 외면(3d) 측이거나, 양극 시트(5)의 외면(5d) 측이어도 좋지만, 양극 시트(5) 측으로 접을 경우, 양극 시트(5)는 공기와의 접촉이 필요하기 때문에, 공기와의 접촉을 가능한 구조로 할 필요가 있다. 이 때문에, 세퍼레이터(4)를 음극 시트(3)의 외면(3d)과 중첩되도록 접는 것으로써, 양극 시트(5) 측의 공기와의 접촉이 차단되지 않고, 구조를 용이화 가능하여 바람직하다. 또한, 도 1a 및 도 1b에는 도시하지 않았지만, 예를 들면, 금속 공기 전지(2)를 보호하는 외피 시트를, 금속 공기 전지(2)의 특히, 음극 시트(3), 세퍼레이터(4) 및 양극 시트(5)가 적층된 라미네이트 부분의 표면을 덮도록 마련하는 것이 바람직하다. 이 때, 외피 시트는, 양극 시트(5)에 공기가 접촉 가능하게 배치된다. 예를 들면, 외피 시트에는 1개 혹은 복수의 구멍이 형성되어, 해당 구멍이 양극 시트(5)를 통과하고 있다. 또한, 외피 시트가 액 접촉 영역(4')을 덮은 위치에서는, 액체가 외피 시트를 통해 액 접촉 영역(4')에 접촉하도록, 액 접촉 영역(4')을 덮은 부분의 외피 시트에 다수의 미세 구멍을 형성하거나, 혹은, 외피 시트를 액체가 침투 가능한 재질로 형성된다.
또한, 도 2에 도시한 실시 형태의 금속 공기 전지(2)는, 하측에 액 접촉 영역(4')이 마련되지만, 도 2에 도시한 금속 공기 전지(2)를 거꾸로 뒤집어 상측에 액 접촉 영역(4')이 배치되도록 하여도 좋다.
또한, 도 1a와 도 2에 도시한 각 실시 형태를 조합하여, 세퍼레이터(4)를 복수 층으로 하고, 하나의 세퍼레이터(4)를 도 1a에 도시한 바와 같이, 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 외주단부(3a, 5a)로부터 외측 방향으로 길게 연장시키고, 다른 세퍼레이터(4)를 도 2에 도시한 바와 같이, 접는 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 세퍼레이터(4)의 평면 형상은, 도 1b의 것으로 한정되지 않고, 예를 들면, 검지 영역(4")은 분리되어 있지 않지만, 액 접촉 영역(4')의 일부 혹은 전체에 절입이 들어가 있는 구성이어도 좋다.
도 3a는 제3 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이며, 도 3b는 평면도이고, 도 3c는 종단면도이다. "분해 평면도"에는, 음극 시트(13), 세퍼레이터(14) 및 양극 시트(15)의 각각을 어긋나게 도시하였다. 도 4 이후에 있어서도 마찬가지이다.
도 3a∼도 3c에 도시한 금속 공기 전지(12)는, 예를 들면, 원 형상의 음극 시트(13)와, 원 형상의 세퍼레이터(14)와, 원 형상으로부터 일부를 잘라낸 형상의 양극 시트(15)가 적층된 라미네이트 구조이다. 따라서, 양극 시트(15)는 음극 시트(13) 및 세퍼레이터(14) 보다 작은 면적으로 형성되어 있다. 또한, 세퍼레이터(14)는 음극 시트(13) 보다 다소 크게 형성되어 있다(도 3c 참조). 이 실시 형태에서는, 도 3b 및 도 3c에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(14)에는 양극 시트(15)의 잘라낸 측의 외주단부(15a) 보다도 외측으로 노출되는 액 접촉 영역(14')이 형성되어 있다. 또한, 세퍼레이터(14)에는 음극 시트(13)와 양극 시트(15)가 세퍼레이터(14)를 매개로 하여 중첩되는 부분으로서의 검지 영역(14")이 마련되어 있다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 화살표 a1의 방향으로부터, 액체가 세퍼레이터(14)의 액 접촉 영역(14')에 접촉한다. 이에 따라, 액체는 액 접촉 영역(14')으로부터 검지 영역(14")에까지 침투하여, 상기 (1)∼(3)에 나타낸 반응이 일어나 방전이 행해진다.
또한, 양극 시트(15)가, 예를 들면, 세퍼레이터(14)와 마찬가지의 원 형상으로 형성되고, 음극 시트(13)가, 그 보다도 작은 면적의 형상으로 형성되어도 좋다. 이러한 경우, 음극 시트(13)의 외주단부로부터 외측에 세퍼레이터(14)의 액 접촉 영역(14')이 마련된다. 이와 같은 구성에는, 예를 들면, 음극 시트(13)를 액체와 접촉하는 측을 향하여 설치한다. 이 때, 액체의 양이 많아, 음극 시트(13) 측이 공기와의 접촉이 차단되어도, 양극 시트(15) 측에서 공기와의 접촉을 확보하고 있으면, 금속 공기 전지(12)로서 적절하게 동작시키는 것이 가능하다. 따라서, 금속 공기 전지(12)에 접촉하는 액체량이 많은 경우에는, 음극 시트(13) 측을 작은 면적으로 형성하고, 음극 시트(13)의 외주단부 측에 액 접촉 영역(14')을 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 음극 시트(13) 및 양극 시트(15)의 둘 모두를 세퍼레이터(14) 보다 작은 면적으로 형성하고, 음극 시트(13) 및 양극 시트(15) 각각의 외주단부로부터 액 접촉 영역(14')이 노출되는 구조로 하는 것도 가능하다. 또한, 음극 시트(13) 및 양극 시트(15)의 동일한 측의 외주단부로부터 액 접촉 영역(14')을 노출시키는 구성에서는, 도 1a와 유사한 구조로 된다. 또한, 음극 시트(13) 및 양극 시트(15)의 서로 다른 방향을 향하는 외주단부로부터, 각각 액 접촉 영역(14')을 노출시키는 것도 가능하다. 후술할 도 7a∼도 7c에 있어서도 마찬가지이다.
도 4a는 제4 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이며, 도 4b는 평면도이고, 도 4c는 종단면도이다. 도 4a∼도 4c에 도시한 금속 공기 전지(22)는, 예를 들면, 원 형상의 음극 시트(23)와, 원 형상의 세퍼레이터(24)와, 원 형상의 중심을 잘라낸 링 형상의 양극 시트(25)가 적층된 라미네이트 구조이다. 이 실시 형태에서는, 도 4b, 도 4c에 도시한 바와 같이, 양극 시트(25)에는 세퍼레이터(24)까지 통하는 1개의 구멍(25b)이 형성되어 있어, 구멍(25b)을 통해 노출되는 세퍼레이터(24)의 부분이 액 접촉 영역(24')이다.
또한, 세퍼레이터(24)에는, 음극 시트(23)와 양극 시트(25)가 세퍼레이터(24)를 매개로 하여 중첩되는 검지 영역(24")이 마련되어 있다.
도 4c에 도시한 바와 같이, 화살표 a1의 방향으로부터, 액체가 세퍼레이터(24)의 액 접촉 영역(24')에 접촉한다. 이에 따라, 액체는 액 접촉 영역(24')으로부터 검지 영역(24")에까지 침투하여 상기 (1)∼(3)에 나타낸 반응이 일어나 방전이 행해진다.
또한, 음극 시트(23)가 예를 들면, 링 형상으로 형성되고, 양극 시트(25)가 세퍼레이터(24)와 동일한 원 형상으로 형성되어도 좋다. 이러한 경우, 음극 시트(23)의 중앙에 형성된 구멍으로부터 노출되는 세퍼레이터(24)의 부분이 액 접촉 영역(24')이다. 이와 같은 구성에서는, 예를 들면, 음극 시트(23)를 액체와 접촉하는 측을 향하여 설치한다. 이 때, 액체의 양이 많아, 음극 시트(23) 측이 공기와의 접촉이 차단되어도, 양극 시트(25) 측에서 공기와의 접촉을 확보하고 있으면, 금속 공기 전지(22)로서 적절하게 동작시키는 것이 가능하다. 따라서, 금속 공기 전지(22)에 접촉하는 액체량이 많은 경우에는, 음극 시트(23) 측을 작은 면적으로 형성하고, 음극 시트(23)의 외주단부의 내측에 액 접촉 영역(24')을 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 음극 시트(23) 및 양극 시트(25)의 둘 모두를 예를 들면, 링 형상으로 형성하여도 좋다. 액체가 음극 시트(23) 측 및 양극 시트(25) 측의 어느 측으로부터 접촉하여도 액 검지가 가능하다.
도 5a는 제5 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이며, 도 5b는 평면도이고, 도 5c는 종단면도이다. 도 5a∼도 5c에 도시한 금속 공기 전지(32)는, 예를 들면, 원 형상의 양극 시트(35)와, 원 형상의 세퍼레이터(34)와, 메시 형상의 음극 시트(33)가 적층된 라미네이트 구조이다. 메시 형상의 음극 시트(33)에는 다수의 미세 구멍이 형성되어 있어, 각 미세 구멍을 통해 노출되는 세퍼레이터(34)의 부분이 액 접촉 영역(34')이다.
또한, 세퍼레이터(34)의 액 접촉 영역(34') 이외의 부분이 검지 영역(34") (음극 시트(33)와 양극 시트(35)가 세퍼레이터(34)를 매개로 하여 중첩되는 부분)이다.
또한, 도 5b, 도 5c에서는, 음극 시트(33)가 액체와 접촉하는 측이며, 양극 시트(35)는 공기에 접하는 구조를 확보하고 있다.
액체가 메시 형상의 음극 시트(33)를 통해 세퍼레이터(34)의 액 접촉 영역(34')에 접촉하면, 액 접촉 영역(34')으로부터 검지 영역(34")에까지 침투하고, 상기 (1)∼(3)에 나타낸 반응이 일어나 방전이 행해진다.
제5 실시 형태에서는, 양극 시트(35)가 메시 형상이어도 좋다. 다만, 액체의 누설량이 많은 용도에서는, 양극 시트(35)의 공기와의 접촉을 확실하게 유지하기 위해서, 음극 시트(33)를 메시 형상으로 하고, 음극 시트(33)측에서 액체와의 접촉을 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 음극 시트(33)와 양극 시트(35)의 둘 모두를 메시 형상으로 하여도 좋다.
도 6a는 제6 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이며, 도 6b는 평면도이고, 도 6c는 종단면도이다. 도 6a∼도 6c에 도시한 금속 공기 전지(42)는, 예를 들면, 원 형상의 양극 시트(45)와, 원 형상의 세퍼레이터(44)와, 복수의 작은 구멍(43b)이 형성된 음극 시트(43)가 적층된 라미네이트 구조이다. 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 음극 시트(43)에는, 펀치에 의해 복수의 작은 구멍(43b)을 형성하는 것이 가능하다. 각각의 작은 구멍(43b)을 통해 노출되는 세퍼레이터(44)의 부분이 액 접촉 영역(44')이다.
또한, 세퍼레이터(44)의 액 접촉 영역(44') 이외의 부분이 검지 영역(44")(음극 시트(43)와 양극 시트(45)가 세퍼레이터(44)를 매개로 하여 중첩되는 부분)이다.
도 6a∼도 6c에서는, 작은 구멍(43b)을 음극 시트(43)에 구석구석까지, 게다가 규칙적으로 형성하고 있지만, 음극 시트(43)의 일부의 영역에만 작은 구멍(43b)을 형성하는 것도 가능하며, 예를 들면, 액체의 접촉량이 많은 곳에 집중적으로 작은 구멍(43b)을 형성하는 것이 가능하다.
액체가 음극 시트(43)의 작은 구멍(43b)을 통해 세퍼레이터(44)의 액 접촉 영역(44')에 접촉하면, 액 접촉 영역(44')으로부터 검지 영역(44")에까지 침투하여 상기 (1)∼(3)에 나타낸 반응이 일어나 방전이 행해진다.
제6 실시 형태에서는, 양극 시트(45)에 복수의 작은 구멍이 형성되어 있어도 좋다. 다만, 액체의 누설량이 많은 용도에서는, 양극 시트(45)의 공기와의 접촉을 확실하게 유지하기 위하여, 음극 시트(43)에 복수의 작은 구멍(43b)을 형성하고, 음극 시트(43) 측에서 액체와의 접촉을 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 음극 시트(43)와 양극 시트(45)의 둘 모두에 복수의 작은 구멍(43b)을 형성하여도 좋다.
도 7a는 제7 실시 형태에 있어서 액 검지 센서의 분해 평면도이며, 도 7b는 평면도이고, 도 7c는 종단면도이다.
도 7a∼도 7c에 도시한 금속 공기 전지(52)는, 음극 시트(53), 세퍼레이터(54) 및 양극 시트(55)가 모두 예를 들면, 직사각형 형상이지만, 양극 시트(55)는, 음극 시트(53) 및 세퍼레이터(54)에 비하여 폭이 좁다. 이 때문에, 음극 시트(53), 세퍼레이터(54) 및 양극 시트(55)를 중첩시킨 라미네이트 구조로 하면, 도 7b 및 도 7c에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(54)에는 양극 시트(55)의 한 변의 외주단부(55a)로부터 외측에 액 접촉 영역(54')이 노출된다. 또한, 세퍼레이터(54)에는 음극 시트(53)와 양극 시트(55)가 세퍼레이터(54)를 매개로 하여 중첩되는 검지 영역(54")이 마련되어 있다.
도 7c에 도시한 바와 같이, 화살표 a1의 방향으로부터 액체가 세퍼레이터(54)의 액 접촉 영역(54')에 접촉하면, 액체는 액 접촉 영역(54')으로부터 검지 영역(54")에까지 침투하여, 상기 (1)∼(3)에 나타낸 반응이 일어나 방전이 행해진다.
또한, 음극 시트(53)의 폭을 작게 하고, 음극 시트(53)의 한 변의 외주단부로부터 외측에 세퍼레이터(54)의 액 접촉 영역(54')이 마련되는 구조로 하여도 좋다. 이와 같은 구성에서는, 예를 들면, 음극 시트(53)를 액체와 접촉하는 측을 향하여 설치한다. 이 때, 액체의 양이 많아, 음극 시트(53)측이 공기와의 접촉이 차단되어도, 양극 시트(55) 측에서 공기와의 접촉을 확보하고 있다면, 금속 공기 전지(52)로서 적절하게 동작시키는 것이 가능하다. 따라서, 금속 공기 전지(52)에 접촉하는 액체량이 많은 경우에는, 음극 시트(53) 측을 작은 면적으로 형성하고, 음극 시트(53)의 외주단부에 액 접촉 영역(54')을 마련하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 3a∼도 3c에 도시한 제3 실시 형태나, 도 7a∼도 7c에 도시한 제7 실시 형태와 같이, 양극 시트(음극 시트)의 외주단부로부터 돌출되는 세퍼레이터의 액 접촉 영역을 형성하기 위하여, 양극 시트(음극 시트)를 잘라낸 형상이나, 폭을 좁게 한 형상 등으로 하였지만, 이들은 일 예에 불과하고, 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 예를 들면, 도 3a∼도 3c에 도시한 제3 실시 형태에서는, 금속 공기 전지(12)의 외형을 원 형상으로 하고, 도 7a∼도 7c에 도시한 제7 실시 형태에서는, 금속 공기 전지(52)의 외형을 직사각형 형상으로 하고 있지만, 이들은 일 예에 불과하고, 형상을 한정하는 것은 아니다. 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
도 1∼도 7에 도시한 실시 형태에서는 모두 세퍼레이터가, 양극 시트 및 음극 시트 보다도 넓은 면적으로 형성되어 있지만, 예를 들면, 도 8a∼도 8d에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(64)를, 음극 시트(63) 및 양극 시트(65) 보다도 작은 면적으로 형성하는 것도 가능하다. 다만, 도 8a에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(64)의 폭 치수 T1은, 음극 시트(63) 및 양극 시트(65) 각각의 폭 치수 T2, T3 보다도 넓다. 이 때문에, 음극 시트(63), 세퍼레이터(64) 및 양극 시트(65)를 중첩시킨 라미네이트 구조의 금속 공기 전지(62)로 하였을 때, 도 8b, 도 8c에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(64)에는, 음극 시트(63) 및 양극 시트(65)의 외주단부(63a, 65a)로부터 외측으로 노출되는 액 접촉 영역(64')이 마련된다. 또한, 세퍼레이터(64)에는 음극 시트(63)와 양극 시트(65)가 세퍼레이터(64)를 매개로 하여 중첩되는 검지 영역(64")이 마련되어 있다.
액체가 세퍼레이터(64)의 액 접촉 영역(64')에 접촉하면, 액체는 액 접촉 영역(64')으로부터 검지 영역(64")에까지 침투하여 상기 (1)∼(3)에 나타낸 반응이 일어나 방전이 행해진다.
상기에 설명한 각 실시 형태에 있어서 금속 공기 전지는, 가요성을 구비한다. 따라서, 금속 공기 전지를 평면 형상뿐만 아니라, 예를 들면, 도 9a에 도시한 바와 같이, 금속 공기 전지(70)의 일부를 곡면 형상으로 굴곡시키거나, 도 9b에 도시한 바와 같이, 금속 공기 전지(80)를 나선 형상으로 변형시키는 것도 가능하다. 또한, 도 9a에 도시한 바와 같이, 금속 공기 전지(70)에 노치(70a)를 형성하여, 금속 공기 전지(70)를 간단하게 복수로 분할하는 것이 가능하다.
종래에는, 세퍼레이터에 액체를 침투시키기 위하여, 전지부와는 별도로 액 흡수 부재 등을 마련하고 있었지만, 본 실시 형태에서는, 세퍼레이터를, 양극 시트와 음극 시트가, 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩되는 면적 보다 넓게 형성하였다. 상기 각 실시 형태에 있어서, "양극 시트와 음극 시트가, 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩되는 면적"이란, 세퍼레이터의 검지 영역의 면적에 해당한다. 예를 들면, 도 1b로 설명하면, "양극 시트와 음극 시트가, 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩되는 면적"은 음극 시트(3) 및 양극 시트(5)의 면적 S1과 같다. 그리고, 도 1b에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(4)는 면적 S1 보다도 넓은 면적으로 형성되어 있다. 또한, 도 3b, 도 3c를 예로 들면, "양극 시트와 음극 시트가, 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩되는 면적"은, 양극 시트(15)의 면적 S2와 같다. 음극 시트(13)는 양극 시트(15) 보다도 넓은 면적이기 때문에, 음극 시트(13)의 전부가 양극 시트(15)와 중첩되지 않는다. 한편, 양극 시트(15)의 전부는, 음극 시트(13)와 중첩되어 있기 때문에, "양극 시트와 음극 시트가, 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩되는 면적"이란, 양극 시트(15)의 면적 S2로 된다. 또한, 도 8b를 예로 들면, "양극 시트와 음극 시트가, 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩되는 면적"은, 음극 시트(63)와 양극 시트(65)가 중첩되는 면적 S3와 같다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 세퍼레이터는 양극 시트 및 음극 시트의 적어도 하나로부터 노출되는 액 접촉 영역을 가진다. 즉, 세퍼레이터는, 양극 시트와 음극 시트가, 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩되는 면적 보다도 넓게 형성되기 때문에, 세퍼레이터에는, 양극 시트 및 음극 시트의 적어도 하나로부터 돌출된 영역이 존재한다. 그 영역이 액 접촉 영역으로 된다. 이에 따라, 액체를 액 접촉 영역에서 흡수하는 동시에, 양극 시트와 음극 시트가 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩되는 검지 영역에까지 침투시키는 것이 가능하고, 액체가 소량이어도 정확하게 검지하는 것이 가능하다.
또한, 각 실시 형태에서는, 세퍼레이터에, 검지 영역과 일체적으로 액 접촉 영역을 마련하고 있음으로써, 부품수를 늘리지 않고, 액체를 세퍼레이터의 검지 영역에까지 원활하게 침투시키는 것이 가능하고, 정밀도 좋게, 누액 검지를 행하는 것이 가능하다. 또한, 박형이면서 게다가 설치 장소의 자유도가 높은 액 검지 센서(1)를 실현하는 것이 가능하다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서 액 검지 센서(1)는, 금속 공기 전지(2)와, 송신부(6)를 가진다. 금속 공기 전지(2)에는, 누액에 기초한 전지 반응에 의해 전압값(저항값)이 변화한다. 이 전압 변화에 기초한 검지 신호를 송신부(6)로부터 무선으로 수신부(7)로 송신한다. 수신부(7)에서는 수신한 검지 신호에 기초하여 누액이 발생한 것을 검지하고, 자동적으로 장치 등을 정지시키거나, 사람에게 누액이 발생한 것을 알리는 것이 가능하다. 검지 신호에 대하여 임계 값을 이용하여, 검지 신호의 수준이 임계 값을 초과하는 경우에, 누액이 발생한 것으로 판별하거나, 누액의 수준을 판단하는 것도 가능하다. 또한, 도 10에서는, 금속 공기 전지로서, 도 1이나 도 2에 도시한 금속 공기 전지의 부호를 대표하여 이용하였지만, 다른 실시 형태의 금속 공기 전지도, 당연한 일이지만 도 10의 액 검지 센서(1)를 적용하는 것이 가능하다.
본 실시 형태의 액 검지 센서(1)는 금속 공기 전지를 구비하여 누수나 누혈에 따라 자기 발전한다. 또한, 누수에 따라 자기 발전시키기 위해서는, 세퍼레이터에 미리 염(鹽)을 함유해 둘 필요가 있다. 염을 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 염화나트륨을 들 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 액 검지 센서(1)는, 외부 전원을 필요로 하지 않고, 무선으로 금속 공기 전지에서 얻은 검지 신호를 송신부(6)로부터 수신부(7)로 보내는 것이 가능하다. 무선 방식을 한정하는 것은 아니며, 무선 LAN, 블루투스(등록 상표), Wi-Fi 등 기존의 방식을 이용하는 것이 가능하다.
이상에 따라, 본 실시 형태에서는, 유선을 이용할 필요가 없고, 콤팩트한 형태를 실현 가능하며, 예를 들면, 인체에 본 실시 형태의 액 검지 센서(1)를 장착했을 때에 코드가 방해되는 일이 없고, 또한 설치하기 어려운 장소 등에도 간단하게 장착하는 것이 가능하다.
본 실시 형태의 액 검지 센서(1)의 사용 용도를 한정하는 것은 아니지만, 의료 현장이나 실내에서의 작업 현장 등에 적용하는 것이 가능하다.
의료 현장에서는, 점적(点滴)의 누설이나 누혈을 검지하는 것이 가능하다. 누혈로는, 예를 들면, 인공 투석용의 누혈 센서로서 이용하는 것이 가능하다. 도 2에 도시한 실시 형태와 같이, 세퍼레이터(4)를 접은 액 검지 센서(1)에서는, 액 검지 센서(1)의 아랫면 전체가 액 접촉 영역(4')이며, 액 검지 센서(1)를 환자의 피부에 삽입된 주사 바늘의 근방에 부착하는 것으로, 천자부(穿刺部)로부터의 출혈을 빠르게 감지하는 것이 가능하다.
본 발명의 액 검지 센서에 따르면, 누혈 검지 센서나 누수 검지 센서로서, 유효하게 적용하는 것이 가능하다. 특히, 본 발명에서는 박형으로 소형의 액 검지 센서를 실현 가능하고, 게다가 액 검지 센서는 외부 전원을 필요로 하지 않는다. 따라서, 이용 편의성이 우수하고, 대상물이나 장소를 불문하고, 간단하게 사용하는 것이 가능하다.
본 출원은 2019년 7월 10일 출원된 일본 특허출원 제2019-128089호 및 2019년 9월 10일 출원된 일본 특허출원 제2019-164902호에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 포함되어 있다.
1 : 액 검지 센서
2, 12, 22, 32, 42, 52, 62, 70, 80 : 금속 공기 전지
3, 13, 23, 33, 43, 53, 63 : 음극 시트
3a : 외주단부
3d : 외면
4, 14, 24, 34, 44, 54, 64 : 세퍼레이터
4', 14', 24', 34', 44', 54', 64' : 액 접촉 영역
4", 14", 24", 34", 44", 54", 64" : 검지 영역
5, 15, 25, 35, 45, 55, 65 : 양극 시트
5a, 5b, 5c : 외주단부
5d : 외면
6 : 송신부
7 : 수신부
15a : 외주단부
25b : 구멍
43b : 작은 구멍
55a : 외주단부
63a, 65a : 외주단부
70a : 노치

Claims (11)

  1. 양극 시트와, 음극 시트와, 상기 양극 시트와 상기 음극 시트의 내면 사이에 개재되는 세퍼레이터가 적층되어 구성되는 금속 공기 전지와,
    상기 금속 공기 전지에서 얻어진 검지 신호를 수신하는 수신부를 포함하며,
    상기 세퍼레이터는, 상기 양극 시트와 상기 음극 시트가 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 중첩된 면적 보다 더 넓게 형성되어 있고,
    상기 세퍼레이터는, 상기 양극 시트와 상기 음극 시트의 내면 사이의 검지 영역과, 상기 음극 시트의 외주 단부에서부터 연장된 부분이 상기 음극 시트의 외면과 겹치도록 구부러진 액 접촉 영역을 가지고 있으며,
    액체가, 상기 음극 시트의 외면 측으로부터 상기 액 접촉 영역에 접촉함으로써 상기 검지 영역까지 침투하여 액 검지되고,
    상기 수신부에서, 상기 검지 신호의 수준이 임계 값을 초과하는 경우, 누액으로 판정하는 것을 특징으로 하는 액 검지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액 접촉 영역은, 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 모두의 외주 단부에서부터 연장된 부분이, 상기 음극 시트의 외면과 겹치도록 구부러져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액 검지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극 시트의 두께는, 0.4mm∼2.0mm이며, 상기 음극 시트의 두께는, 0.05mm∼2.0mm인 것을 특징으로 하는 액 검지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 시트, 상기 음극 시트 및 상기 세퍼레이터가 적층된 라미네이트 부분의 표면을 덮는 외피 시트가 설치되고, 상기 외피 시트는, 상기 양극 시트에 공기가 접촉 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 액 검지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 복수의 상기 세퍼레이터가 개재되어 있고, 복수의 상기 세퍼레이터의 각 세퍼레이터는, 상기 음극 시트의 외주 단부로부터 연장된 상기 액 접촉 영역을 갖고, 복수의 상기 세퍼레이터 중 적어도 하나는, 상기 음극 시트의 외주 단부로부터 연장된 부분이, 상기 음극 시트의 외면과 겹치도록 구부러져 있는 것을 특징으로 하는 액 검지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음극 시트는, 마그네슘 시트 혹은 마그네슘 합금 시트인 것을 특징으로 하는 액 검지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지의 검지 신호를 수신부로 무선 통신이 가능한 송신부를 가지는 것을 특징으로 하는 액 검지 센서.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액 검지 센서는, 누혈 검지 센서인 것을 특징으로 하는 액 검지 센서.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액 검지 센서는, 누수 검지 센서인 것을 특징으로 하는 액 검지 센서.
  10. 삭제
  11. 삭제
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