特許 7461164 液体検知センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-26

(45)【発行日】2024-04-03

(54)【発明の名称】液体検知センサ

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/22 20060101AFI20240327BHJP

   G01F 23/00 20220101ALI20240327BHJP

   H01M 12/06 20060101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

G01F23/22 Z

G01F23/00 D

H01M12/06 A

H01M12/06 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020029667

(22)【出願日】2020-02-25

(65)【公開番号】P2021135097

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-10-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000005175

【氏名又は名称】藤倉コンポジット株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100121049

【弁理士】

【氏名又は名称】三輪 正義

(72)【発明者】

【氏名】高橋 昌樹

(72)【発明者】

【氏名】瀬下 真弘

【審査官】羽飼 知佳

(56)【参考文献】

【文献】特許第６６０５０９６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実開昭５５－０６１９７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５４－１３７７３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５１－０５８３１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１８－１３２３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９７３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２４１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８９５０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ ２３／００－２３／８０等

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気極と、金属極と、を有する金属空気電池と、
水位センサと、を具備し、
液体の浸漬にて前記金属空気電池に生じる発電電力により、前記水位センサが作動し、
前記水位センサは、水位の増減方向に、前記液体の水位の測定範囲に応じた長さを有しており、前記水位センサは、前記液体と接触可能に位置しており、
電源としての前記金属空気電池が、前記水位センサが浸漬される前記液体に接触することで発電し、
前記水位センサは前記金属空気電池の発電電力で作動するとともに、前記液体に接触して、前記金属空気電池が浸漬した水位を測定開始水位として、前記液体の水位が計測されることを特徴とする液体検知センサ。

【請求項2】

更に、空気室を有し、前記金属空気電池を保持する筐体を備え、前記空気極の一方の面は、前記空気室に露出しており、前記空気極の他方の面に、前記金属極が対向していることを特徴とする請求項１に記載の液体検知センサ。

【請求項3】

前記水位センサは、前記筐体に支持されていることを特徴とする請求項２に記載の液体検知センサ。

【請求項4】

前記筐体は、前記液体の給水口を有する液室を備え、前記金属極は、前記液室に配置されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の液体検知センサ。

【請求項5】

前記空気極と前記金属極は、空間を介して対向し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体検知センサ。

【請求項6】

前記空気極と前記金属極は、セパレータを介して対向し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体検知センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属空気電池を備えた液体検知センサに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、下記特許文献には、河川などの水位を検知可能な水位センサが開示されている。

【0003】

特許文献１に記載の発明には、本体パイプ内にリードスイッチ基板が設けられ、フロートの水位に応じて、フロートの高さ位置に対応するリードスイッチを導通させる。リードスイッチ基板への電力供給は、ソーラーパネル及び無線機基板で行われる。無線機基板は、マイクロコンピュータ、無線機、及び充電池を備えて構成される。ソーラーパネルからの電力は充電池に供給され蓄積される。ソーラーパネル及び充電池が、水位センサの電源部を構成している。

【0004】

また、特許文献２に記載の発明には、支柱に、水に浮かぶフロート部が挿通されており、水に浮かんだフロート部の高さを、センサ部で検出することで、水位を計測する。また電源部は、電池からなる電源Ｖｃｃと、リードスイッチからなる電源スイッチＳＷで構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１９４３６３号公報

【文献】特開２０１８－１８９５０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、これら特許文献に記載の発明における水位センサは、外部電源として充電池を必要とし、水位測定の際に十分に充電されていることを要する。このため、例えば、特許文献１のように、ソーラーパネルにより、充電池を充電する方式では、使用状況によっては、充電池が十分に充電されていないことがあり、適切に水位測定を行うことができない。また、これら特許文献では、水位測定の有無に係らず、常に電池への充電がされていなければならず長寿命化を図りにくく、またメンテナンス等も必要と考えられる。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、水位測定の際に、水位センサに発電電力を供給でき、適切に水位を検知することが可能な水を含有する液体を検知するセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の液体検知センサは、空気極と、金属極と、を有する金属空気電池と、水位センサと、を具備し、液体の浸漬にて前記金属空気電池に生じる発電電力により、前記水位センサが作動し、前記水位センサは、水位の増減方向に、前記液体の水位の測定範囲に応じた長さを有しており、前記水位センサは、前記液体と接触可能に位置しており、電源としての前記金属空気電池が、前記水位センサが浸漬される前記液体に接触することで発電し、前記水位センサは前記金属空気電池の発電電力で作動するとともに、前記液体に接触して、前記金属空気電池が浸漬した水位を測定開始水位として、前記液体の水位が計測されることを特徴とする。

【0009】

本発明では、更に、空気室を有し、前記金属空気電池を保持する筐体を備え、前記空気極の一方の面は、前記空気室に露出しており、前記空気極の他方の面に、前記金属極が対向している構成とすることができる。

【0010】

本発明では、前記水位センサは、前記筐体に支持されている構成とすることができる。

【0011】

本発明では、前記筐体は、前記液体の給水口を有する液室を備え、前記金属極は、前記液室に配置されている構成とすることができる。

【0012】

本発明では、前記空気極と前記金属極は、空間を介して対向している構成とすることができる。

【0013】

本発明では、前記空気極と前記金属極は、セパレータを介して対向している構成とすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の液体検知センサによれば、液体に浸漬した金属空気電池の発電電力により、水位センサを作動させることができ、水位測定の際に、適切に水位センサに発電電力を供給でき、水位を高精度に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、第１の実施の形態における液体検知センサの縦断面図である。

【図2】図２は、第２の実施の形態における液体検知センサの縦断面図である。

【図3】図３は、第３の実施の形態における液体検知センサの縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

図１に示す液体検知センサ１は、空気極（正極）２と、空気極２とＸ方向に空間を介して対向する金属極（負極）３と、を有する金属空気電池４と、水位センサ５と、を具備する。なお、各金属空気電池４に配置される空気極２及び金属極３は、特に限定されるものではないが、ほぼ同じ大きさ（対向面積）であることが好ましい。

【0018】

図１に示すように、金属空気電池４は、筐体６内に保持されている。筐体６には、空気室６ａと液室６ｂとが設けられている。図１に示すように、空気室６ａは上端が開放されている。空気室６ａと液室６ｂとを隔てる内壁部６ｃの下方には、空気室６ａと液室６ｂとの間を貫通する窓が設けられており、該窓は、空気極２により塞がれている。空気極２は、窓の外枠に接着剤等を介して接合されている。そして、空気極２が、空気室６ａ内にて、内壁部６ｃにより保持持された状態では、空気極２の一方の面２ａは、空気室６ａ側に露出している。また、空気極２の他方の面２ｂは、金属極３と対向している。このように、空気室６ａは、筐体６と空気極２の組立により、上端を除いて閉塞空間とされている。したがって、空気は、空気室６ａ内を満たし、空気極２と接触している。

【0019】

図１に示すように、金属極３は、液室６ｂ内に配置されている。金属極３と空気極２との間には、Ｘ方向に空間が設けられており、金属極３と空気極２との間に、液室６ｂ内に流入した液体を介在させることができる。図１に示すように、金属極３の下部は、自由端であることが好ましい。このように自由端とすることで、金属極３の下部を揺動させることができる。このため、空気極２と金属極３との間に生成物が堆積したときに、金属極３を撓らせることができ、生成物による押圧力を緩和でき、金属極３及び空気極２の破損を抑制することが出来る。

【0020】

図１に示すように、筐体６には、液室６ｂに通じる給水口７が設けられている。液体は、この給水口７を通じて、液室６ｂ内に供給される。

【0021】

限定されるものではないが、空気極２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、金属極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。

【0022】

金属極３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、金属極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。

【0023】

図１に示す液体検知センサ１では、水を含有する液体が、液室６ｂ内に供給されると、例えば、金属極３を構成する金属が、Ｍｇであるとき、金属極３側では、下記（１）で示す酸化反応が生じる。また、空気極２においては、下記（２）で示す還元反応が生じる。したがって、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

【0024】

上記の電池反応により、金属空気電池４が発電を開始する。そして、金属空気電池４による発電電力が水位センサ５に供給ライン９を介して供給される。これにより、水位測定の際に、適切に水位センサ５に発電電力を供給でき、水位を高精度に検知することができる。換言すれば、水位測定以外の環境下（液室６ｂ内に液体が流入しない状況）では、金属空気電池４は発電せず、水位測定しない状況下でも常に充電されていなければいけない充電池を用いた従来とは構成が異なっている。このように、本実施の形態では、水位測定の必要なときだけ、金属空気電池４による発電電力が水位センサ５に供給される構成になっており、長寿命化を図ることができ、また、定期的なメンテナンス等も必要としない。本実施の形態では、水位測定を行いたい場所に液体検知センサ１を設置しておくことで、液体検知センサ１への液体の流入により、水位測定を開始させることができ、使用環境に左右されにくく、適切な水位測定を行うことが可能である。

【0025】

ここで、限定するものではないが、「液体の水位」とは、例えば、河川、海水、ダム、貯水槽、浴槽、汚水槽、屋内や自動車内への浸水による水位を例示することができる。雨や上方から液体が降り注ぐ使用環境下では、空気室６ａ内に雨や液体が入らないように、空気室６ａ内への空気の供給を確保しつつ、空気室６ａの上方を塞ぐことが好ましい。

【0026】

水位センサ５は、既存方式のものを適用することができる。限定されるものでないが、例えば、静電容量式、フロート式、電極式、圧力検知式、光学式、振動式、超音波式、或いは、レーザ式の水位センサを使用することができる。

【0027】

図１に示すように、液体８が筐体６の液室６ｂに流入すると、金属空気電池４は発電し、その発電電力が水位センサ５に供給される。水位センサ５は、水位の増減方向（Ｙ方向）に、水位の測定範囲に応じた長さを有しており、水位センサ５により、液体８の水位を測定することができる。金属空気電池４は、水位センサ５の下方部に配置されており、低い水位から高い水位まで幅広い測定範囲を確保することができる。また、低い水位の測定が不要であれば、金属空気電池４を、水位センサ５の下方部でなく、測定を開始したい水位に金属空気電池４を配置することで、任意の水位からの測定を可能とする。水位は、水位センサ５から得られた水位信号を金属空気電池４の発電によって動作する無線送信部から無線報知で認識することで水位を遠隔の位置で報知することができる。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。

【0028】

図１に示すように、水位センサ５を、金属空気電池４を保持する筐体６の側部６ｄに配置することができる。これにより、共通の筐体６にて金属空気電池４と水位センサ５の双方を保持でき、部品点数を減らすことができ、簡易な構造とすることができる。なお、本実施の形態では、筐体６の側部６ｄが、Ｙ方向に、水位センサ５と同等の長さを有しているが、筐体６の長さを限定するものではなく、側部６ｄの長さは水位の測定範囲より短くてもよい。このとき、空気室６ａに液体が入らないような構成とすることが必要である。ただし、筐体６の側部６ｄにて水位センサ５を確実に支持するには、側部６ｄは、水位センサ５と同等以上の長さ寸法を有していることが好ましい。

【0029】

また、給水口７の位置は、図１に示す位置に限定されるものではない。例えば、給水口７を、筐体６の側部に設けることができる。或いは、給水口７を図１よりも高い位置に設けることで、液体８の水位が、給水口７と同程度以上の位置にまで上がって初めて水位測定を開始することができる。したがって、低い水位測定を意図的に排除することができる。また、筐体６の液室６ｂの上部近傍に空気口を有していることが好ましい。例えば、液室６ｂの開口部が給水口７のみの場合、河川増水により、空気交換が出来ずに、液体８が液室内に入りにくくなるため、液室に空気口を設けることが好適である。

【0030】

図１に示す筐体６は、空気室６ａと液室６ｂの双方を有していたが、少なくとも空気室６ａのみ設けられる構造であってもよい。図２に示す第２の実施の形態では、上端が開放された空気室６ａを備えた筐体６を有している。一方、図２に示す筐体６には、壁で囲まれた液室６ｂは設けられておらず、空気室６ａに配置された空気極２と対向する外側に、金属極３が外部に露出した状態で配置される。図２に示す液体検知センサ１０では、液体８が、外部に露出する金属極３にダイレクトに接触するため、金属空気電池４の発電が即座に開始され、検知時間ずれが生じるのを防止することができる。

【0031】

また、図３に示す第３の実施の形態では、図２に示す第２の実施の形態を構成する空気極２と金属極３との間に、セパレータ１１を介在させた。

【0032】

なお、限定するものではないが、空気極２とセパレータ１１間、及び金属極３とセパレータ１１間を、粘着層を介して固定することができる。粘着層は、空気極２及び金属極３の縁部に部分的に設けられることが好ましい。

【0033】

セパレータ１１は、電気的に絶縁性且つイオン透過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。

【0034】

図３では、セパレータ１１を、空気極２と金属極３の間にのみ介在させたが、例えば、セパレータ１１を、図３の状態から金属極３の外面３ａ側にまで延出させることも可能である。

【0035】

また、空気極２と金属極３との間に、セパレータ１１を介在させたラミネート構造の支持体は、図３に示す筐体６でなくてもよい。ただし、空気極２の金属極３と対向する側と反対側の面は、常に空気が接触する構造を備えることが必要である。

【0036】

本実施の形態の液体検知センサ１、１０、２０に配置される金属空気電池４では、液体８の接触により、自己発電するが、このように、自己発電させるには、必ずしも必要ではないが、液体８内に塩が存在している方が望ましい。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。したがって、液体８が塩を含まない成分である場合、液体８が金属空気電池に接触した際に、液体８内に塩を供給可能な塩供給手段を備えることが好ましい。例えば、図３に示すように、空気極２と金属極３との間にセパレータ１１を介在させた構成では、セパレータ１１内に塩を含ませておくことが可能である。

【0037】

以上のように、本実施の形態の液体検知センサ１、１０、２０を用いることで、液体の水位を検知することができる。特に本実施の形態では、水位を、既存方式の水位センサ５を用いて測定することができ、使用用途に合わせて適切な水位センサ５を選択することで、高精度に水位の検知が可能である。

【0038】

また、本実施の形態では、空気極２と金属極３を１組備えた電池セルを構成するが、このような電池セルを複数具備した電池ユニットにて金属空気電池４を構成することもできる。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明の液体検知センサによれば、水位測定タイミングにて、電源としての金属空気電池が発電して、水位センサを作動させることができ、屋内、屋外問わず、適切に水位測定を行うことができる。本発明では、液体検知センサを作動させるにあたり、下準備や定期的なメンテナンス等が必要なく、使い勝手に優れ、また、外部環境の影響も受けにくく、簡単な構造にて水位測定を精度良く行うことができる。

【符号の説明】

【0040】

１、１０、２０ ：液体検知センサ
２ ：空気極
２ａ ：面
２ｂ ：面
３ ：金属極
３ａ ：外面
４ ：金属空気電池
５ ：水位センサ
６ ：筐体
６ａ ：空気室
６ｂ ：液室
６ｃ ：内壁部
６ｄ ：側部
７ ：給水口
８ ：液体
９ ：供給ライン
１１ ：セパレータ

【図1】

【図2】

【図3】