WO2021005906A1 - 液検知センサ - Google Patents

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WO2021005906A1
WO2021005906A1 PCT/JP2020/020954 JP2020020954W WO2021005906A1 WO 2021005906 A1 WO2021005906 A1 WO 2021005906A1 JP 2020020954 W JP2020020954 W JP 2020020954W WO 2021005906 A1 WO2021005906 A1 WO 2021005906A1
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electrode sheet
liquid
negative electrode
separator
positive electrode
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PCT/JP2020/020954
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French (fr)
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高橋　昌樹
真弘 瀬下
Original Assignee
藤倉コンポジット株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES 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
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    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
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    • G—PHYSICS
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a liquid detection sensor including a metal-air battery.
  • a liquid leak detection system is used at medical sites and indoor work sites.
  • a liquid detection sensor is arranged at the liquid leakage location. The liquid detection sensor detects electrical leakage when it comes into contact with liquid from the outside.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose inventions relating to a liquid leakage detection system for detecting blood leakage.
  • a sensor using a water battery that generates electricity from the leaked liquid is disclosed.
  • the invention described in Patent Document 2 discloses a sensor using a magnesium battery having a positive electrode sheet, a separator, and a negative electrode sheet.
  • the water battery is arranged above or inside the absorbent member, and a liquid such as blood permeates widely into the absorbent member to generate electricity inside the water battery. A chemical reaction is generated to generate electricity.
  • Patent Document 1 an absorbent member is required in addition to the water battery, and if a considerable amount of liquid does not permeate the absorbent member, the liquid leakage cannot be detected appropriately.
  • a liquid leakage sensor unit is housed between the back side adhesive plaster, the surface adhesive plaster, and each adhesive plaster, and the leaked liquid is transferred from the back side adhesive plaster to the liquid leakage sensor portion.
  • an electrochemical reaction is generated to generate electricity.
  • Patent Document 2 it is necessary to allow the liquid to permeate from the adhesive plaster on the back side to the separator of the liquid leakage sensor portion, and depending on the amount of liquid leakage, it is not possible to properly permeate the separator, and the detection accuracy is improved. It is easy to drop.
  • the present invention has been made in view of this point, and in particular, to provide a liquid detection sensor in which a liquid contact region is integrally formed on a separator and the detection accuracy is improved without increasing the number of parts.
  • the purpose is to provide a liquid detection sensor in which a liquid contact region is integrally formed on a separator and the detection accuracy is improved without increasing the number of parts.
  • the liquid detection sensor of the present invention comprises a metal-air battery in which a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a separator interposed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are laminated, and the separator is the positive electrode.
  • the sheet and the negative electrode sheet are formed wider than the area where the separator is overlapped with each other, and have a liquid contact region exposed from at least one of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.
  • the liquid contact region may be formed outside the outer peripheral ends of one or both of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.
  • the liquid contact region may be formed so as to extend from the outer peripheral ends of both the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.
  • the liquid contact region can be configured to be bent toward the outer surface side of at least one of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.
  • the liquid contact region may be formed inside one or both of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.
  • one or both of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are formed with one or a plurality of holes penetrating to the separator, and the portion of the separator exposed through the holes is the said. It can be configured as a liquid contact region.
  • the separator may be separated into a plurality of pieces, and the liquid contact region may be formed in each separator.
  • the negative electrode sheet is preferably a magnesium sheet or a magnesium alloy sheet.
  • a transmitting unit capable of wirelessly communicating the detection signal of the metal-air battery to the receiving unit.
  • the liquid detection sensor is, for example, a blood leak detection sensor or a water leak detection sensor.
  • the separator constituting the metal-air battery is formed larger than the overlapping area of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet, and the portion exposed from the positive electrode sheet or the negative electrode sheet is defined as the liquid contact region.
  • FIG. 1A is a vertical cross-sectional view of the liquid detection sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view of the liquid detection sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the liquid detection sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 3A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 3B is a plan view of the liquid detection sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 3C is a vertical cross-sectional view of the liquid detection sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 4A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 4B is a plan view of the liquid detection sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 4A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 4C is a vertical cross-sectional view of the liquid detection sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 5A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 5B is a plan view of the liquid detection sensor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 5C is a vertical cross-sectional view of the liquid detection sensor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 6A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the sixth embodiment.
  • FIG. 6B is a plan view of the liquid detection sensor according to the sixth embodiment.
  • FIG. 6C is a vertical cross-sectional view of the liquid detection sensor according to the sixth embodiment.
  • FIG. 7A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the seventh embodiment.
  • FIG. 7A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the seventh embodiment.
  • FIG. 7B is a plan view of the liquid detection sensor according to the seventh embodiment.
  • FIG. 7C is a vertical cross-sectional view of the liquid detection sensor according to the seventh embodiment.
  • FIG. 8A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the eighth embodiment.
  • FIG. 8B is a plan view of the liquid detection sensor according to the eighth embodiment.
  • FIG. 8C is a vertical cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 8B and viewed from the direction of the arrow.
  • FIG. 8D is a vertical cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 8B and viewed from the direction of the arrow.
  • FIG. 9A is a perspective view of the liquid detection sensor according to the ninth embodiment.
  • FIG. 9B is a perspective view of the liquid detection sensor according to the tenth embodiment. It is a block diagram of the liquid detection sensor in this embodiment.
  • the liquid detection sensor (liquid leakage detection sensor) 1 shown in FIGS. 1A and 1B has a metal-air battery 2. As shown in FIG. 10, the liquid detection sensor 1 further includes a transmission unit 6. Note that FIG. 1A is a cross-sectional view taken from the line AA shown in FIG. 1B and viewed from the direction of the arrow.
  • the metal-air battery 2 has a laminated structure in which a negative electrode sheet (metal electrode sheet) 3, a separator 4, and a positive electrode sheet (air electrode sheet) 5 are laminated. As shown in FIG. 1A, the separator 4 is interposed between the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5.
  • each sheet is fixed via an adhesive layer, fixed using an exodermis sheet described later, or fixed by a housing such as plastic. It is preferable that the adhesive layer is partially provided on the edges of the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5 and not provided in the detection region 4 ′′ of the separator 4.
  • the detection region 4 ′′ refers to a region where the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5 overlap with each other via the separator 4.
  • the metal constituting the negative electrode sheet 3 is preferably any one of magnesium (Mg), Mg alloy, zinc (Zn), Zn alloy, aluminum (Al), and Al alloy. Of these, the metal constituting the negative electrode sheet 3 is more preferably Mg or an Mg alloy.
  • the separator 4 is formed of a material that is electrically insulating, ion-permeable, and liquid-permeable.
  • a material that is electrically insulating, ion-permeable, and liquid-permeable for example, non-woven fabric, woven fabric, porous thin film and the like.
  • the positive electrode sheet 5 is configured to have a current collector and a catalyst layer (reaction unit).
  • the characteristics required of the current collector are the conductivity of transmitting the electrons emitted from the negative electrode sheet 3 to the catalyst layer and the air permeability of allowing oxygen to permeate.
  • the configuration of the current collector is not limited, existing ones such as wire mesh and foamed metal can be used.
  • the properties required for the catalyst layer are hydrophobicity that does not release the liquid to the outside and air permeability that allows oxygen to permeate. Existing materials can be used for the catalyst layer.
  • the catalyst layer is formed on at least one surface of the current collector, and the catalyst layer is in close contact with the separator 4.
  • the separator 4 is formed larger than the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5.
  • the positive electrode sheet 5 and the negative electrode sheet 3 have the same size.
  • the separator 4 extends long in the right direction from the outer peripheral ends 3a and 5a on the right side of the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5.
  • the separator 4 includes a negative electrode sheet 3 and an outer peripheral end portion 5b on the upper side of the positive electrode sheet 5 (the outer peripheral end portion of the negative electrode sheet 3 is not displayed) and an outer peripheral end portion 5c on the lower side shown in the drawing (negative electrode sheet). The outer peripheral end of No. 3 is not displayed).
  • the separator 4 can be appropriately interposed in the entire area between the positive electrode sheet 5 and the negative electrode sheet 3.
  • the separator 4 has a liquid contact region 4 ′ extending from the outer peripheral end portions 3a and 5a of the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5, and a detection region 4 ′′ interposed between the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5.
  • the liquid contact region 4 ′ and the detection region 4 ′′ are integrally formed.
  • the separator 4 is formed with a length L1 in the left-right direction shown in the drawing.
  • the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5 (in FIG. 1B, only the positive electrode sheet 5 is shown) are formed with a length L2 in the left-right direction shown.
  • the length ratio (L1 / L2) is 1.1 to 4.0.
  • the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5 are arranged closer to the left side of the drawing than the center of the separator 4 in the left-right direction.
  • the liquid contact region 4' is formed on the right side of the drawing from the outer peripheral end portions 3a and 5a of the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5.
  • the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5 are arranged slightly inside the left end of the separator 4 in the drawing, rather than the left end of the separator 4 and the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5 being aligned with each other.
  • the thickness of the positive electrode sheet 5 (including the current collector) is about 0.4 to 2.0 mm.
  • the thickness of the negative electrode sheet 3 is about 0.05 to 2.0 mm.
  • the liquid comes into contact with the liquid contact region 4'of the separator 4 from at least one of the arrows a1 and a2. Then, the liquid permeates from the liquid contact region 4'to the detection region 4'.
  • the detection region 4 ′′ for example, when the metal constituting the negative electrode sheet 3 is Mg, the oxidation reaction shown in (1) below occurs on the negative electrode sheet 3 side. Further, in the positive electrode sheet 5, the reduction reaction shown in (2) below occurs. Therefore, as a whole of the metal-air battery 2, the reaction shown in (3) below occurs and discharge is performed.
  • the liquid contact region 4' is formed only in the right direction in the drawing when viewed from the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5, but is further in the upper direction in the drawing and the lower direction in the drawing. Alternatively, it may be provided in the left direction in the drawing. In this way, the liquid contact region 4'can be provided in two or more directions. By providing the liquid contact area 4'in two or more directions, the detection range of liquid leakage can be expanded.
  • the negative electrode sheet 3 and the separator 4 extending from the outer peripheral end portions 3a and 5a of the positive electrode sheet 5 are bent to form the outer surface 3d of the negative electrode sheet 3 (the negative electrode shown in FIG. 2). It is overlapped on the lower surface of the sheet 3).
  • the liquid contact region 4' can be arranged so as to overlap the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5.
  • the liquid comes into contact with the liquid contact region 4'due to the direction of arrow a3 or the liquid leakage from the periphery of the metal-air battery 2.
  • the liquid quickly permeates from the liquid contact region 4 ′ into the detection region 4 ′′ sandwiched between the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5, and the liquid leakage can be detected with high accuracy.
  • the metal-air battery 2 of the embodiment shown in FIG. 2 can be made smaller than the metal-air battery 2 shown in FIG. 1A, and is particularly excellent in applications where it is desired to intensively detect liquid leakage at a predetermined location.
  • the metal-air battery 2 shown in FIG. 2 when used for detecting bleeding, by attaching the metal-air battery 2 shown in FIG. 2 to a part of the human body to be detected, bleeding at a predetermined portion of the human body can be detected intensively.
  • the liquid in contact with the liquid contact region 4 ′ can reach the detection region 4 ′′ through the micropores and leak more quickly. Can be detected.
  • the direction in which the negative electrode sheet 3 and the separator 4 extending from the outer peripheral end portions 3a and 5a of the positive electrode sheet 5 are bent is on the outer surface 3d side of the negative electrode sheet 3 or on the outer surface 5d side of the positive electrode sheet 5. Either method may be used, but when the positive electrode sheet 5 is bent toward the positive electrode sheet 5, the positive electrode sheet 5 needs to be in contact with air, so it is necessary to have a structure capable of contact with air. Therefore, by bending the separator 4 so as to overlap the outer surface 3d of the negative electrode sheet 3, the structure can be simplified without blocking the contact with the air on the positive electrode sheet 5 side, which is preferable. Although not shown in FIGS.
  • the outer skin sheet that protects the metal-air battery 2 is laminated with the metal-air battery 2, in particular, the negative electrode sheet 3, the separator 4, and the positive electrode sheet 5. It is preferable to provide it so as to cover the surface of the portion.
  • the exodermis sheet is arranged so that air can come into contact with the positive electrode sheet 5.
  • the exodermis sheet is provided with one or more holes, and the holes lead to the positive electrode sheet 5.
  • a large number of fine particles are applied to the outer skin sheet in the portion covering the liquid contact area 4'so that the liquid comes into contact with the liquid contact area 4'via the outer skin sheet.
  • the holes are formed, or the exodermis sheet is formed of a material that allows liquid to penetrate.
  • the metal-air battery 2 of the embodiment shown in FIG. 2 is provided with a liquid contact region 4'on the lower side, but the metal-air battery 2 shown in FIG. 2 is turned over and the liquid contact region 4'is provided on the upper side. It may be arranged.
  • the separator 4 has a plurality of layers, and one of the separators 4 has the negative electrode sheet 3 and the outer peripheral end 3a of the positive electrode sheet 5 as shown in FIG. 1A. It is also possible to extend outward from 5a for a long time and bend the other separator 4 as shown in FIG.
  • the planar shape of the separator 4 is not limited to that of FIG. 1B.
  • the detection region 4 ′′ is not separated, but a notch is formed in a part or the whole of the liquid contact region 4 ′′. It may have a configuration that is present.
  • FIG. 3A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the third embodiment
  • FIG. 3B is a plan view
  • FIG. 3C is a vertical sectional view.
  • the negative electrode sheet 13, the separator 14, and the positive electrode sheet 15 are shown by shifting each of them. The same applies to FIGS. 4 and later.
  • a circular negative electrode sheet 13, a circular separator 14, and a positive electrode sheet 15 having a shape obtained by cutting out a part from the circular shape are laminated. It has a laminated structure. Therefore, the positive electrode sheet 15 is formed in an area smaller than that of the negative electrode sheet 13 and the separator 14.
  • the separator 14 is formed to be slightly larger than the negative electrode sheet 13 (see FIG. 3C).
  • the separator 14 is formed with a liquid contact region 14'exposed to the outside of the outer peripheral end portion 15a on the notch side of the positive electrode sheet 15. Further, the separator 14 is provided with a detection region 14 ′′ as a portion where the negative electrode sheet 13 and the positive electrode sheet 15 overlap with each other via the separator 14.
  • the liquid comes into contact with the liquid contact region 14'of the separator 14 from the direction of arrow a1.
  • the liquid permeates from the liquid contact region 14 ′′ to the detection region 14 ′′, the reactions shown in (1) to (3) above occur, and discharge is performed.
  • the positive electrode sheet 15 may be formed in a circular shape similar to that of the separator 14, and the negative electrode sheet 13 may be formed in a shape having a smaller area.
  • the liquid contact region 14'of the separator 14 is provided on the outside from the outer peripheral end of the negative electrode sheet 13.
  • the negative electrode sheet 13 is installed so as to face the side in contact with the liquid. At this time, even if the amount of liquid is large and the negative electrode sheet 13 side is blocked from contact with air, if the positive electrode sheet 15 side is secured to contact with air, the metal-air battery 12 can be operated appropriately. it can.
  • the negative electrode sheet 13 side in a small area and provide the liquid contact region 14'on the outer peripheral end side of the negative electrode sheet 13. It is also possible to form both the negative electrode sheet 13 and the positive electrode sheet 15 in an area smaller than that of the separator 14, so that the liquid contact region 14'is exposed from the outer peripheral ends of each of the negative electrode sheet 13 and the positive electrode sheet 15. ..
  • the structure is similar to that in FIG. 1A. Further, the liquid contact region 14'can be exposed from the outer peripheral ends of the negative electrode sheet 13 and the positive electrode sheet 15 facing in different directions, respectively. The same applies to FIGS. 7A to 7C described later.
  • FIG. 4A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the fourth embodiment
  • FIG. 4B is a plan view
  • FIG. 4C is a vertical cross-sectional view.
  • the metal-air battery 22 shown in FIGS. 4A to 4C is a laminate in which, for example, a circular negative electrode sheet 23, a circular separator 24, and a ring-shaped positive electrode sheet 25 cut out from the center of the circular shape are laminated. It is a structure.
  • the positive electrode sheet 25 is formed with one hole 25b leading to the separator 24, and the portion of the separator 24 exposed through the hole 25b is a liquid contact region. It is 24'.
  • the separator 24 is provided with a detection region 24 ′′ in which the negative electrode sheet 23 and the positive electrode sheet 25 overlap each other via the separator 24.
  • the liquid comes into contact with the liquid contact region 24'of the separator 24 from the direction of arrow a1.
  • the liquid permeates from the liquid contact region 24 ′ to the detection region 24 ′′, the reactions shown in (1) to (3) above occur, and discharge is performed.
  • the negative electrode sheet 23 may be formed in a ring shape, for example, and the positive electrode sheet 25 may be formed in a circular shape similar to the separator 24.
  • the portion of the separator 24 exposed from the hole provided in the center of the negative electrode sheet 23 is the liquid contact region 24'.
  • the negative electrode sheet 23 is installed so as to face the side in contact with the liquid. At this time, even if the amount of liquid is large and the negative electrode sheet 23 side is blocked from contact with air, if the positive electrode sheet 25 side is secured to contact with air, the metal-air battery 22 can be operated appropriately. it can.
  • both the negative electrode sheet 13 and the positive electrode sheet 15 may be formed in a ring shape, for example. The liquid can be detected regardless of whether the liquid comes into contact with the negative electrode sheet 13 side or the positive electrode sheet 15 side.
  • FIG. 5A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the fifth embodiment
  • FIG. 5B is a plan view
  • FIG. 5C is a vertical cross-sectional view.
  • the metal-air battery 32 shown in FIGS. 5A to 5C has, for example, a laminated structure in which a circular positive electrode sheet 35, a circular separator 34, and a mesh-shaped negative electrode sheet 33 are laminated. A large number of micropores are formed in the mesh-shaped negative electrode sheet 33, and the portion of the separator 34 exposed through each micropore is the liquid contact region 34'.
  • the portion of the separator 34 other than the liquid contact region 34' is the detection region 34'(the portion where the negative electrode sheet 33 and the positive electrode sheet 35 overlap with each other via the separator 34).
  • the negative electrode sheet 33 is on the side that comes into contact with the liquid, and the positive electrode sheet 35 has a structure that comes into contact with air.
  • the positive electrode sheet 35 may have a mesh shape.
  • the negative electrode sheet 33 has a mesh shape and the contact with the liquid is ensured on the negative electrode sheet 33 side in order to reliably maintain the contact of the positive electrode sheet 35 with air.
  • Both the negative electrode sheet 33 and the positive electrode sheet 35 may have a mesh shape.
  • FIG. 6A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the sixth embodiment
  • FIG. 6B is a plan view
  • FIG. 6C is a vertical sectional view.
  • the metal-air battery 42 shown in FIGS. 6A to 6C has, for example, a laminated structure in which a circular positive electrode sheet 45, a circular separator 44, and a negative electrode sheet 43 in which a plurality of small holes 43b are formed are laminated. is there.
  • a plurality of small holes 43b can be formed in the negative electrode sheet 43 by punching.
  • the portion of the separator 44 exposed through each small hole 43b is the liquid contact region 44'.
  • the portion of the separator 44 other than the liquid contact region 44' is the detection region 44'(the portion where the negative electrode sheet 43 and the positive electrode sheet 45 overlap with each other via the separator 44).
  • the small holes 43b are formed uniformly and regularly in the negative electrode sheet 43, but the small holes 43b can be formed only in a part of the negative electrode sheet 43, for example.
  • the small holes 43b can be centrally formed in a place where the amount of contact with the liquid is large.
  • a plurality of small holes may be formed in the positive electrode sheet 45.
  • a plurality of small holes 43b are formed in the negative electrode sheet 43 to ensure contact with the liquid on the negative electrode sheet 43 side. Is preferable.
  • a plurality of small holes 43b may be formed in both the negative electrode sheet 43 and the positive electrode sheet 45.
  • FIG. 7A is an exploded plan view of the liquid detection sensor according to the seventh embodiment
  • FIG. 7B is a plan view
  • FIG. 7C is a vertical sectional view.
  • the negative electrode sheet 53, the separator 54, and the positive electrode sheet 55 all have a rectangular shape, for example, but the positive electrode sheet 55 is compared with the negative electrode sheet 53 and the separator 54.
  • the width is narrow. Therefore, assuming a laminated structure in which the negative electrode sheet 53, the separator 54, and the positive electrode sheet 55 are laminated, as shown in FIGS. 7B and 7C, the separator 54 is liquid from the outer peripheral end portion 55a on one side of the positive electrode sheet 55 to the outside.
  • the contact area 54' is exposed.
  • the separator 54 is provided with a detection region 54 ′′ in which the negative electrode sheet 53 and the positive electrode sheet 55 overlap each other via the separator 54.
  • the width of the negative electrode sheet 53 may be reduced so that the liquid contact region 54'of the separator 54 is provided on the outside from the outer peripheral end of one side of the negative electrode sheet 53.
  • the negative electrode sheet 53 is installed so as to face the side in contact with the liquid.
  • the metal-air battery 52 can be operated appropriately. it can. Therefore, when the amount of liquid in contact with the metal-air battery 52 is large, it is preferable to form the negative electrode sheet 53 side in a small area and provide the liquid contact region 54'at the outer peripheral end of the negative electrode sheet 53.
  • the separator protruding from the outer peripheral end of the positive electrode sheet (negative electrode sheet).
  • the positive electrode sheet (negative electrode sheet) has a notched shape, a shape having a narrow width, and the like, but these are merely examples, and the shape is not limited.
  • the outer shape of the metal-air battery 12 is circular, and in the seventh embodiment shown in FIGS. 7A to 7C, the metal-air battery 12 is formed.
  • the outer shape of 52 is rectangular, these are merely examples and do not limit the shape. The same applies to other embodiments.
  • the separator was formed in a larger area than the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.
  • the separator 64 is used as the negative electrode. It can also be formed in a smaller area than the sheet 63 and the positive electrode sheet 65.
  • the width dimension T1 of the separator 64 is wider than the width dimensions T2 and T3 of the negative electrode sheet 63 and the positive electrode sheet 65, respectively. Therefore, when the metal-air battery 62 having a laminated structure in which the negative electrode sheet 63, the separator 64, and the positive electrode sheet 65 are stacked, the separator 64 includes the negative electrode sheet 63 and the positive electrode sheet 65, as shown in FIGS.
  • a liquid contact region 64'exposed to the outside from the outer peripheral ends 63a and 65a is provided. Further, the separator 64 is provided with a detection region 64 ′′ in which the negative electrode sheet 63 and the positive electrode sheet 65 overlap each other via the separator 64.
  • the metal-air battery in each of the embodiments described above is flexible. Therefore, not only the metal-air battery is flat, but also, for example, a part of the metal-air battery 70 is bent into a curved surface as shown in FIG. 9A, and the metal-air battery 80 is spirally formed as shown in FIG. 9B. It can also be transformed. Further, as shown in FIG. 9A, a notch 70a may be formed in the metal-air battery 70, and the metal-air battery 70 can be easily divided into a plurality of parts.
  • the separator is formed from the area where the positive electrode sheet and the negative electrode sheet overlap with each other. Widely formed.
  • the "area where the positive electrode sheet and the negative electrode sheet overlap with each other across the separator" corresponds to the area of the detection region of the separator.
  • the "area where the positive electrode sheet and the negative electrode sheet overlap with each other across the separator” is equal to the area S1 of the negative electrode sheet 3 and the positive electrode sheet 5. Then, as shown in FIG. 1B, the separator 4 is formed in an area larger than the area S1.
  • the "area where the positive electrode sheet and the negative electrode sheet overlap with each other across the separator” is equal to the area S2 of the positive electrode sheet 15. Since the negative electrode sheet 13 has a larger area than the positive electrode sheet 15, not all of the negative electrode sheets 13 overlap with the positive electrode sheet 15. On the other hand, since all of the positive electrode sheet 15 overlaps with the negative electrode sheet 13, the "area where the positive electrode sheet and the negative electrode sheet overlap with each other across the separator” is the area S2 of the positive electrode sheet 15. Taking FIG. 8B as an example, the "area where the positive electrode sheet and the negative electrode sheet overlap with each other across the separator" is equal to the area S3 where the negative electrode sheet 63 and the positive electrode sheet 65 overlap.
  • the separator has a liquid contact region exposed from at least one of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet. That is, since the separator is formed to be wider than the area where the positive electrode sheet and the negative electrode sheet overlap with each other sandwiching the separator, the separator has a region protruding from at least one of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet. That region becomes the liquid contact region. As a result, the liquid can be absorbed in the liquid contact region and penetrated into the detection region where the positive electrode sheet and the negative electrode sheet overlap with each other sandwiching the separator, so that even a small amount of liquid can be accurately detected.
  • the separator since the separator is provided with the liquid contact region integrally with the detection region, the liquid can be smoothly permeated into the detection region of the separator without increasing the number of parts. Liquid leakage can be detected with high accuracy. Further, it is possible to realize the liquid detection sensor 1 which is thin and has a high degree of freedom in the installation location.
  • the liquid detection sensor 1 in the present embodiment includes a metal-air battery 2 and a transmission unit 6.
  • the voltage value changes due to the battery reaction based on the liquid leakage.
  • a detection signal based on this voltage change is wirelessly transmitted from the transmitting unit 6 to the receiving unit 7.
  • the receiving unit 7 Based on the received detection signal, the receiving unit 7 can detect that a liquid leak has occurred, automatically stop the device or the like, or notify a person that a liquid leak has occurred.
  • a threshold value for the detection signal it is possible to determine that a liquid leak has occurred or to determine the level of the liquid leak when the level of the detection signal exceeds the threshold value.
  • the metal-air battery the reference numerals of the metal-air batteries shown in FIGS. 1 and 2 are used as representatives, but the metal-air battery of other embodiments is also naturally the liquid of FIG.
  • the detection sensor 1 can be applied.
  • the liquid detection sensor 1 of the present embodiment includes a metal-air battery and self-generates electricity due to water leakage or blood leakage.
  • salt in order to generate electricity by itself due to water leakage, it is necessary to contain salt in the separator in advance.
  • salt for example, but not limited to salts, sodium chloride can be mentioned.
  • the liquid detection sensor 1 does not require an external power source, and can wirelessly send the detection signal obtained by the metal-air battery from the transmission unit 6 to the reception unit 7.
  • the wireless system is not limited, and existing systems such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), Wi-Fi, etc. can be used.
  • the liquid detection sensor 1 of the present embodiment is attached to the human body, the cord does not get in the way. Also, it can be easily installed in places where it is difficult to install.
  • the usage of the liquid detection sensor 1 of the present embodiment is not limited, it can be applied to a medical site, an indoor work site, or the like.
  • the liquid detection sensor 1 In the medical field, it is possible to detect infusion leaks and blood leaks. As blood leakage, for example, it can be used as a blood leakage sensor for artificial dialysis.
  • the entire lower surface of the liquid detection sensor 1 In the liquid detection sensor 1 in which the separator 4 is bent as in the embodiment shown in FIG. 2, the entire lower surface of the liquid detection sensor 1 is the liquid contact region 4', and the liquid detection sensor 1 is inserted into the skin of the patient. By attaching it near the injection needle, bleeding from the puncture site can be quickly detected.
  • the liquid detection sensor of the present invention can be effectively applied as a blood leakage detection sensor or a water leakage detection sensor.
  • a thin and compact liquid detection sensor can be realized, and the liquid detection sensor does not require an external power source. Therefore, it is easy to use and can be easily used regardless of the object or location.

Abstract

特に、セパレータに、液接触領域を一体的に形成し、少ない部品点数で、検知精度を向上させた液検知センサを提供すること。本発明の液検知センサ（１）は、負極シート（３）と、正極シート（５）と、負極シート（３）及び正極シート（５）の間に介在するセパレータ（４）とが積層された金属空気電池（２）を有し、セパレータ（４）は、正極シート（５）と負極シート（３）が、セパレータ（４）を挟んで重なる面積より広く形成されており、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（４´）を有することを特徴とする。

Description

液検知センサ
　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間に介在するセパレータと、が積層されて金属空気電池を構成しており、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、前記正極シート及び前記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一方、或いは両方の外周端部よりも外側に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、前記液接触領域は、前記正極シート及び前記負極シートの少なくとも一方の外面側に折り曲げられている構成とすることができる。
　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一方、或いは両方の外周端部よりも内側に形成されている構成とすることができる。
　本発明では、前記正極シート及び前記負極シートの一方、或いは両方には、前記セパレータにまで貫通する１つ、或いは複数の穴が形成されており、前記穴を通して露出する前記セパレータの部分が、前記液接触領域であ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）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－　→４ＯＨ－
（３）２Ｍｇ＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ　→２Ｍｇ（ＯＨ）２
　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 (11)

  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間に介在するセパレータと、が積層されて金属空気電池を構成しており、
    　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、前記正極シート及び前記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一方、或いは両方の外周端部よりも外側に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て形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液検知センサ。
  4. 　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少なくとも一方の外面側に折り曲げられていることを特徴とする請求項３に記載の液検知センサ。
  5. 　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一方、或いは両方の外周端部よりも内側に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。
  6. 　前記正極シート及び前記負極シートの一方、或いは両方には、前記セパレータにまで貫通する１つ、或いは複数の穴が形成されており、前記穴を通して露出する前記セパレータの部分が、前記液接触領域であることを特徴とする請求項５に記載の液検知センサ。
  7. 　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６のいずれかに記載の液検知センサ。
  8. 　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７のいずれかに記載の液検知センサ。
  9. 　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から請求項８のいずれかに記載の液検知センサ。
  10. 　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９のいずれかに記載の液検知センサ。
  11. 　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９のいずれかに記載の液検知センサ。
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