(57)【要約】【課題】密閉空間内で使用する場合にも、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度に保持することが可能な空気電池を提供する。【解決手段】この空気電池は、空気極を含む電池部１と、電池部１の外部の酸素濃度を測定するためのガルバニ式酸素濃度センサ２と、ガルバニ式酸素濃度センサ２によって測定された酸素濃度が所定の値に達した時に、電池部１の動作を停止するＮＭＯＳトランジスタＮＴ１およびＰＭＯＳトランジスタＰＴ１とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気極を含む電池部と、
前記電池部の外部の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定部と、
前記酸素濃度測定部によって測定された酸素濃度が所定の値に達した時に、前記電池部の動作を停止する動作停止手段とを備えた、空気電池。
【請求項２】
前記動作停止手段は、前記酸素濃度測定部によって測定された酸素濃度が、人体に適切な酸素濃度の限界値の範囲外になる前の所定の値に達したときに、前記電池部の動作を停止する、請求項１に記載の空気電池。
【請求項３】
前記酸素濃度測定部は、
酸素濃度に応じた出力電圧を発生させる酸素センサを含み、
前記動作停止手段は、
前記酸素センサの出力電圧を利用して、前記酸素センサの出力電圧が所定の値に達したときに、前記電池部の動作をオフ状態にするスイッチング部を含む、請求項１または２に記載の空気電池。
【請求項４】
前記酸素濃度測定部は、
酸素濃度に応じた出力電圧を発生させる空気極を有する電池式の酸素センサを含み、
前記電池式の酸素センサの電解液および前記電池部の電解液として、共通の電解液を用いる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気電池。
【請求項５】
空気極を含む電池部と、
前記電池部の外部の二酸化炭素濃度を測定するための二酸化炭素濃度測定部と、
前記二酸化炭素濃度測定部によって測定された二酸化炭素濃度が所定の値に達した時に、前記電池部の動作を停止する動作停止手段とを備えた、空気電池。
【請求項６】
前記動作停止手段は、前記二酸化炭素濃度測定部によって測定された二酸化炭素濃度が、人体に適切な二酸化炭素濃度の限界値の範囲外になる前の所定の値に達したときに、前記電池部の動作を停止する、請求項５に記載の空気電池。
【請求項７】
前記二酸化炭素濃度測定部は、
二酸化炭素濃度に応じた出力電圧を発生させる二酸化炭素センサを含み、
前記動作停止手段は、
前記二酸化炭素センサの出力電圧を利用して、前記二酸化炭素センサの出力電圧が所定の値に達したときに、前記電池部の動作をオフ状態にするスイッチング部を含む、請求項５または６に記載の空気電池。
【請求項８】
前記スイッチング部は、ＭＯＳトランジスタおよびリレー装置のうちの少なくとも１つを含む、請求項３または７に記載の空気電池。
【請求項９】
空気極を含む電池部と、
前記電池部の外部の湿度を測定するための湿度測定部と、
前記湿度測定部によって測定された湿度が所定の値に達した時に、前記電池部の動作を停止する動作停止手段とを備えた、空気電池。
【請求項１０】
空気極を含む電池部と、
前記電池部の外部の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定部、二酸化炭素濃度を測定するための二酸化炭素濃度測定部、および、湿度を測定するための湿度測定部のうちの少なくとも１つと、
前記酸素濃度測定部、前記二酸化炭素濃度測定部および前記湿度測定部によってそれぞれ測定された酸素濃度、二酸化炭素濃度および湿度のうちの少なくとも１つが所定の値に達した時に、前記電池部の動作を停止する動作停止手段とを備えた、空気電池。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の空気電池を内蔵した機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気電池に関し、特に、空気極を含む電池部を備える空気電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を含む空気電池が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このような空気電池の一例として、空気中の酸素を正極活物質として使用するとともに、水素、メタノールおよび炭化水素などを負極活物質として使用する燃料電池が知られている。この燃料電池の動作としては、水素、メタノールまたは炭化水素と酸素とが反応することにより発電（放電）するとともに、発電（放電）の際に、水や二酸化炭素を放出する。最近では、燃料電池の小型化が進められており、携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器用の燃料電池の研究開発が盛んに行われている。また、空気電池の他の例として、空気中の酸素を正極活物質として使用するとともに、負極に金属活物質を用いる金属／空気電池も知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１７４８５５号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記した空気中の酸素を正極活物質として使用する空気電池では、放電時に、空気中の酸素が消費されるため、密閉空間中で使用する場合を想定すると、密閉空間中の酸素濃度が低下すると考えられる。また、充電時には、酸素が排出されるため、密閉空間中で使用する場合を想定すると、密閉空間中の酸素濃度が上昇すると考えられる。特に、現在では考えられないが、将来的には、小型の空気電池の実用化によって、密閉空間内で多数の空気電池を含む携帯機器を使用する可能性もある。このような場合には、多数の空気電池を含む携帯機器の使用によって、密閉空間内の酸素濃度が、人体に適切な酸素濃度の範囲を超える可能性があると考えられる。
【０００４】
また、炭化水素やメタノールなどの燃料を用いる空気電池（燃料電池）では、放電時に、二酸化炭素が放出されるため、密閉空間中で使用する場合を想定すると、密閉空間中の二酸化炭素濃度が上昇すると考えられる。このため、密閉空間内で放電時に二酸化炭素を放出する空気電池（燃料電池）を含む多数の携帯機器を使用すれば、密閉空間内の二酸化炭素濃度が、人体に適切な二酸化炭素濃度の範囲を超える可能性があると考えられる。
【０００５】
さらに、燃料電池を含む空気電池は、放電時に、水が放出されるため、密閉空間中で使用する場合を想定すると、密閉空間中の湿度が上昇すると考えられる。この場合、密閉空間内で放電時に水を放出する空気電池を含む多数の携帯機器を使用すれば、密閉空間内の湿度が適切な湿度の範囲を超えるので、密閉空間内にカビやダニが発生しやすくなるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、密閉空間内で使用する場合にも、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度に保持することが可能な空気電池を提供することである。
【０００７】
この発明のもう１つの目的は、密閉空間内で使用する場合にも、密閉空間内の二酸化炭素濃度を人体に適切な二酸化炭素濃度に保持することが可能な空気電池を提供することである。
【０００８】
この発明のさらにもう１つの目的は、密閉空間内で使用する場合にも、密閉空間内の湿度を適切な湿度に保持することが可能な空気電池を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による空気電池は、空気極を含む電池部と、電池部の外部の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定部と、酸素濃度測定部によって測定された酸素濃度が所定の値に達した時に、電池部の動作を停止する動作停止手段とを備えている。なお、本発明の空気電池は、燃料電池や金属／空気電池のみならず、空気中の酸素を使用する空気極を含む電池であれば、他の種類の電池も含む広い概念である。
【００１０】
この第１の局面による空気電池では、上記のように、空気極を含む電池部の外部の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定部と、酸素濃度測定部によって測定された酸素濃度が所定の値に達した時に、電池部の動作を停止する動作停止手段とを設けることによって、たとえば、酸素濃度測定部によって測定された酸素濃度が、人体に適切な酸素濃度の限界値を越える前の所定の値に達したときに、電池部の動作を停止することができるので、密閉空間内で空気電池を使用する際にも、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度の範囲内に保持することができる。
【００１１】
上記第１の局面による空気電池において、好ましくは、動作停止手段は、酸素濃度測定部によって測定された酸素濃度が、人体に適切な酸素濃度の限界値の範囲外になる前の所定の値に達したときに、電池部の動作を停止する。このように構成すれば、密閉空間内で空気電池を使用する際にも、容易に、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度に保持することができる。
【００１２】
上記の場合、好ましくは、酸素濃度測定部は、酸素濃度に応じた出力電圧を発生させる酸素センサを含み、動作停止手段は、酸素センサの出力電圧を利用して、酸素センサの出力電圧が所定の値に達したときに、電池部の動作をオフ状態にするスイッチング部を含む。このように構成すれば、酸素センサにより発生された電圧を用いてスイッチング動作を行うことができるので、電池部や外部の電力を用いることなく、電池部の動作を停止することができる。
【００１３】
上記の場合、好ましくは、酸素濃度測定部は、酸素濃度に応じた出力電圧を発生させる空気極を有する電池式の酸素センサを含み、電池式の酸素センサの電解液および電池部の電解液として、共通の電解液を用いる。このように構成すれば、酸素センサの電解液を電池部の電解液とは別個に設ける場合に比べて、装置を小型化することができる。
【００１４】
この発明の第２の局面による空気電池は、空気極を含む電池部と、電池部の外部の二酸化炭素濃度を測定するための二酸化炭素濃度測定部と、二酸化炭素濃度測定部によって測定された二酸化炭素濃度が所定の値に達した時に、電池部の動作を停止する動作停止手段とを備えている。
【００１５】
この第２の局面による空気電池では、上記のように、空気極を含む電池部の外部の二酸化炭素濃度を測定するための二酸化炭素濃度測定部と、二酸化炭素濃度測定部によって測定された二酸化炭素濃度が所定の値に達した時に、電池部の動作を停止する動作停止手段とを設けることによって、たとえば、二酸化炭素濃度測定部によって測定された二酸化炭素濃度が、人体に適切な二酸化炭素濃度の限界値を越える前の所定の値に達したときに、電池部の動作を停止することができるので、密閉空間内で空気電池を使用する際にも、密閉空間内の二酸化炭素濃度を人体に適切な二酸化炭素濃度の範囲内に保持することができる。
【００１６】
上記第２の局面による空気電池において、好ましくは、動作停止手段は、二酸化炭素濃度測定部によって測定された二酸化炭素濃度が、人体に適切な二酸化炭素濃度の限界値の範囲外になる前の所定の値に達したときに、電池部の動作を停止する。このように構成すれば、密閉空間内で空気電池を使用する際にも、容易に、密閉空間内の二酸化炭素濃度を人体に適切な二酸化炭素濃度に保持することができる。
【００１７】
上記第２の局面による空気電池において、好ましくは、二酸化炭素濃度測定部は、二酸化炭素濃度に応じた出力電圧を発生させる二酸化炭素センサを含み、動作停止手段は、二酸化炭素センサの出力電圧を利用して、二酸化炭素センサの出力電圧が所定の値に達したときに、電池部の動作をオフ状態にするスイッチング部を含む。このように構成すれば、二酸化炭素センサにより発生された電圧を用いてスイッチング動作を行うことができるので、電池部や外部の電力を用いることなく、電池部の動作を停止することができる。
【００１８】
この場合、好ましくは、スイッチング部は、ＭＯＳトランジスタおよびリレー装置のうちの少なくとも１つを含む。このように構成すれば、容易に、酸素センサまたは二酸化炭素センサにより発生された電圧を用いてスイッチング動作を行うことができる。
【００１９】
この発明の第３の局面による空気電池は、空気極を含む電池部と、電池部の外部の湿度を測定するための湿度測定部と、湿度測定部によって測定された湿度が所定の値に達した時に、電池部の動作を停止する動作停止手段とを備えている。
【００２０】
この第３の局面による空気電池では、上記のように、空気極を含む電池部の外部の湿度を測定するための湿度測定部と、湿度測定部によって測定された湿度が所定の値に達した時に、電池部の動作を停止する動作停止手段とを設けることによって、たとえば、湿度測定部によって測定された湿度が、適切な湿度の限界値を越える前の所定の値に達したときに、電池部の動作を停止することができるので、密閉空間内で空気電池を使用する際にも、密閉空間内の湿度を適切な湿度の範囲内に保持することができる。これにより、カビやダニが発生するのを抑制することができる。
【００２１】
この発明の第４の局面による空気電池は、空気極を含む電池部と、電池部の外部の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定部、二酸化炭素濃度を測定するための二酸化炭素濃度測定部、および、湿度を測定するための湿度測定部のうちの少なくとも１つ以上と、酸素濃度測定部、二酸化炭素濃度測定部および湿度測定部によってそれぞれ測定された酸素濃度、二酸化炭素濃度および湿度のうちの少なくとも１つが所定の値に達した時に、電池部の動作を停止する動作停止手段とを備えている。
【００２２】
この第４の局面による空気電池では、上記のように、空気極を含む電池部の外部の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定部、二酸化炭素濃度を測定するための二酸化炭素濃度測定部、および、湿度を測定するための湿度測定部のうちの少なくとも１つと、酸素濃度測定部、二酸化炭素濃度測定部および湿度測定部によってそれぞれ測定された酸素濃度、二酸化炭素濃度および湿度のうちの少なくとも１つが所定の値に達した時に、電池部の動作を停止する動作停止手段とを設けることによって、たとえば、酸素濃度測定部によって測定された酸素濃度、二酸化炭素濃度測定部によって測定された二酸化炭素濃度、および、湿度測定部によって測定された湿度のうちの少なくとも１つが適切な値の限界値を越える前の所定の値に達したときに、電池部の動作を停止することができるので、密閉空間内で空気電池を使用する際にも、密閉空間内の酸素濃度、二酸化炭素濃度および湿度をそれぞれの適切な値の範囲内に保持することができる。
【００２３】
また、上記のいずれかの構成を有する空気電池を内蔵した機器を設けてもよい。このように構成すれば、密閉空間内で空気電池を内蔵する機器を使用する際にも、密閉空間内の酸素濃度や二酸化炭素濃度を人体に適切な酸素濃度や二酸化炭素濃度の範囲内に保持することができる。また、密閉空間内の湿度を適切な湿度の範囲内に保持することができる。
【００２４】
なお、上記した動作停止手段は、酸素濃度測定部によって測定された酸素濃度が、人体に適切な酸素濃度の下限値を下回る前の所定の値に達したときに、電池部の放電動作を停止するようにしてもよい。このように構成すれば、密閉空間内で空気電池を放電する際にも、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度の範囲内に保持することができる。また、動作停止手段は、酸素濃度測定部および二酸化炭素濃度測定部によって測定された酸素濃度および二酸化炭素濃度が、それぞれ、人体に適切な酸素濃度および二酸化炭素濃度の上限値を上回る前の所定の値に達したときに、電池部の充電動作を停止するようにしてもよい。このように構成すれば、密閉空間内で空気電池を充電する際にも、密閉空間内の酸素濃度および二酸化炭素濃度をそれぞれ人体に適切な酸素濃度および二酸化炭素濃度の範囲内に保持することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。この第１実施形態による空気電池は、図１に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有する電池部１と、約１Ｖのピンチオフ電圧Ｖｎを有するエンハンスメント型のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（以下、ＮＭＯＳトランジスタという）ＮＴ１と、約１．２５Ｖのピンチオフ電圧Ｖｐを有するデプレッション型のＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（以下、ＰＭＯＳトランジスタという）ＰＴ１と、ダイオードＤ１およびＤ２と、抵抗Ｒ１およびＲ２と、ガルバニ式酸素濃度センサ２と、オペアンプ３とを備えている。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例であり、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１およびＰＭＯＳトランジスタＰＴ１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【００２７】
また、電池部１の負極と、負荷または充電用電源４との間には、順方向（放電方向）に配置されたダイオードＤ１と、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１とが接続されている。また、ダイオードＤ１およびＮＭＯＳトランジスタＮＴ１により構成される放電時の電流経路と並列に、逆方向（充電方向）に配置されたダイオードＤ２と、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１とを含む電流経路が設けられている。
【００２８】
また、図１に示すように、オペアンプ３の出力端子は、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のゲートおよびＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のゲートに接続されている。また、オペアンプ３の反転入力端子には、負帰還回路を構成する抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の一方の端子が接続されている。抵抗Ｒ１の他方の端子は、オペアンプ３の出力端子に接続されており、抵抗Ｒ２の他方の端子は、電池部１の負極に接続されている。これにより、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との抵抗値の比を調整することにより、オペアンプ３の増幅率Ａを任意に調整することが可能となる。なお、本実施形態では、オペアンプ３の動作電圧は、電池部１から供給されるが、他の電池から供給されてもよい。また、オペアンプ３の非反転入力端子には、ガルバニ式酸素濃度センサ２の一方の端子が接続されている。ガルバニ式酸素濃度センサ２の他方の端子は電池部１の負極に接続されている。また、ガルバニ式酸素濃度センサ２は、通常の空気電池と同様の構造を有しているとともに、外部の酸素濃度に比例した電圧を出力する。
【００２９】
ここで、人体に適切な空気中の酸素濃度は、約１８％〜約２５％の範囲であることが知られている。第１実施形態によるガルバニ式酸素濃度センサ２では、たとえば、外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の時に、約１０ｍＶの電圧が出力され、酸素濃度が約２４％〜約２５％の時に、約１２．５ｍＶの電圧が出力されるように設定されている。そして、第１実施形態では、電池部１の外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の時に、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のゲートに印加されるオペアンプ３の出力電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になるとともに、酸素濃度が約２４％〜約２５％の時に、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のゲートに印加されるオペアンプ３の出力電圧がピンチオフ電圧Ｖｐ（約１．２５Ｖ）になるように、オペアンプ３の増幅率Ａが調整されている。すなわち、第１実施形態によるガルバニ式酸素濃度センサ２では、上記したように、外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の時の出力電圧は約１０ｍＶであり、外部の酸素濃度が約２４％〜約２５％の時の出力電圧は約１２．５ｍＶであるので、オペアンプ３の増幅率Ａが１００になるように、抵抗Ｒ１およびＲ２の抵抗値が調整されている。具体的には、抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１および抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２は、下記に示す式（１）を満たすように設定されている。
【００３０】
１＋ｒ１／ｒ２＝１００・・・（１）
次に、上記した回路構成を有する第１実施形態による空気電池の動作について説明する。
【００３１】
まず、電池部１の放電時には、ダイオードＤ１およびＤ２の整流作用により、電池部１の正極から負荷４を介して負極に向かう電流が、ダイオードＤ１およびＮＭＯＳトランジスタＮＴ１により構成される電流経路にのみ流れる。そして、放電時に、電池部１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ガルバニ式酸素濃度センサ２の出力電圧が約１０ｍＶになるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のゲートに印加されるオペアンプ３の出力電圧が、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になる。これにより、電池部１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１がオフ状態になるので、電池部１の正極から負荷４を介して負極に向かう電流経路が遮断される。その結果、放電動作が停止される。なお、電池部１の外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％以下の状態では、ガルバニ式酸素濃度センサ２の出力電圧が約１０ｍＶ以下になるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のゲートに印加されるオペアンプ３の出力電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）以下になるので、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のオフ状態（放電動作の停止状態）が維持される。
【００３２】
また、充電時には、ダイオードＤ１およびＤ２の整流作用により、電池部１の負極から充電用電源４を介して正極に向かう電流が、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１およびダイオードＤ２により構成される電流経路にのみ流れる。そして、充電時に、電池部１の外部の酸素濃度が上昇して約２４％〜約２５％に達したときに、ガルバニ式酸素濃度センサ２の出力電圧が約１２．５ｍＶになるとともに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のゲートに印加されるオペアンプ３の出力電圧が、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のピンチオフ電圧Ｖｐ（約１．２５Ｖ）になる。これにより、電池部１の外部の酸素濃度が上昇して約２４％〜約２５％に達したときに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１がオフ状態になるので、電池部１の負極から充電用電源４を介して正極に向かう電流経路が遮断される。その結果、充電動作が停止される。なお、電池部１の外部の酸素濃度が約２４％〜約２５％以上の状態では、ガルバニ式酸素濃度センサ２の出力電圧が約１２．５ｍＶ以上になるとともに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のゲートに印加されるオペアンプ３の出力電圧がＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のピンチオフ電圧Ｖｐ（約１．２５Ｖ）以上になるので、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のオフ状態（充電動作の停止状態）が維持される。
【００３３】
第１実施形態では、上記したように、電池部１の外部の酸素濃度を測定するガルバニ式酸素濃度センサ２と、ガルバニ式酸素濃度センサ２によって測定された酸素濃度が、人体に適切な酸素濃度の下限値を下回る前の所定の値（約１８％〜約１９％）および上限値を上回る前の所定の値（約２４％〜約２５％）に達したときに、電池部１の放電動作および充電動作をそれぞれ停止するためのＮＭＯＳトランジスタＮＴ１およびＰＭＯＳトランジスタＰＴ１とを設けることによって、密閉空間内で空気電池の電池部１を放電または充電する場合にも、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度の範囲内に保持することができる。
【００３４】
また、第１実施形態では、上記したように、オペアンプ３と抵抗Ｒ１およびＲ２とを設けることによって、ガルバニ式酸素濃度センサ２の出力電圧を増幅することができるとともに、この増幅された出力電圧をＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のゲートおよびＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のゲートに印加することができる。これにより、ガルバニ式酸素濃度センサ２から小さな出力電圧しか得ることができない場合であっても、１個のガルバニ式酸素濃度センサ２のみにより、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のゲートおよびＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のゲートに、容易に、ピンチオフ電圧ＶｎおよびＶｐを印加することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。この第２実施形態では、上記した第１実施形態と異なり、オペアンプを用いずにガルバニ式酸素濃度センサの出力電圧を直接利用して電池部の放電動作を停止する場合の例について説明する。
【００３６】
この第２実施形態による空気電池は、図２に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有する電池部１１と、約１Ｖのピンチオフ電圧Ｖｎを有するＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１と、１００個のガルバニ式酸素濃度センサ１２とを備えている。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ１２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例であり、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【００３７】
ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１は、電池部１１の負極と負荷１４との間に接続されている。また、１００個のガルバニ式酸素濃度センサ１２は、直列に接続されているとともに、正極側の端部は、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１のゲートに接続され、かつ、負極側の端部は、空気電池の電池部１１の負極に接続されている。これにより、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１のゲートには、１つのガルバニ式酸素濃度センサ１２の出力電圧の１００倍の電圧が印加される。なお、第２実施形態のガルバニ式酸素濃度センサ１２は、第１実施形態のガルバニ式酸素濃度センサ２と同様の特性を有している。すなわち、電池部１１の外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の場合に、１００個のガルバニ式酸素濃度センサ１２がそれぞれ約１０ｍＶの電圧を出力する。これにより、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１のゲートに合計約１Ｖの電圧が印加される。
【００３８】
なお、第２実施形態による空気電池の動作としては、放電時に、電池部１１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、個々のガルバニ式酸素濃度センサ１２の出力電圧が約１０ｍＶになるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１のゲートに印加される１００個のガルバニ式酸素濃度センサ１２の合計出力電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になる。これにより、電池部１１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１がオフ状態になるので、電池部１１の正極から負荷１４を介して負極に向かう電流経路が遮断される。その結果、放電動作が停止される。
【００３９】
第２実施形態では、上記したように、電池部１１の外部の酸素濃度を測定する１００個のガルバニ式酸素濃度センサ１２と、ガルバニ式酸素濃度センサ１２によって測定された酸素濃度が人体に適切な酸素濃度の下限値を下回る前の所定の値（約１８％〜約１９％）に達したときに、電池部１１の放電動作を停止するためのＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１とを設けることによって、密閉空間内で空気電池の電池部１１を放電する場合にも、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度の範囲内に保持することができる。
【００４０】
また、第２実施形態では、上記したように、ガルバニ式酸素濃度センサ１２により発生された電圧を直接利用することにより、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１のスイッチング動作を行うことによって、上記した第１実施形態と異なり、電圧を増幅するためのオペアンプを用いる必要がない。これにより、オペアンプに電池部１１から電力を供給する必要もないので、電池部１１や外部の電力を用いることなく、電池部１１の放電動作を停止することができる。
【００４１】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態による空気電池に含まれるガルバニ式酸素濃度センサの構造を示した断面図である。図３を参照して、この第３実施形態では、上記第２実施形態の構成において、ガルバニ式酸素濃度センサを１個にするための構成の一例について説明する。なお、第３実施形態による空気電池のガルバニ式酸素濃度センサ以外の構成および接続関係は、図２に示した第２実施形態と同様である。
【００４２】
この第３実施形態による空気電池に含まれるガルバニ式酸素濃度センサ２２は、図３に示すように、セルケース２２ａと、酸素透過性の隔膜２２ｂと、酸素極からなる正極２２ｃと、水酸化カリウムを含む電解液２２ｄと、鉛などの金属からなる負極２２ｅと、正極２２ｃから引き出された正極端子２２ｆと、負極２２ｅから引き出された負極端子２２ｇと、正極端子２２ｆと負極端子２２ｇとの間に接続された抵抗２２ｈとを備えている。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ２２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例である。
【００４３】
このガルバニ式酸素濃度センサ２２の動作としては、外部から隔膜２２ｂを通過して正極２２ｃに供給された酸素が正極２２ｃ上で電解還元されることによって、正極２２ｃと負極２２ｅとの間に、酸素濃度に比例した電流が流れる。この電流が抵抗２２ｈの両端に位置する正極端子２２ｆと負極端子２２ｇとの端子間電圧（出力電圧）として検出される。この出力電圧から酸素濃度が判断される。つまり、ガルバニ式酸素濃度センサ２２の正極端子２２ｆと負極端子２２ｇとの端子間電圧は、空気電池の電池部１１の外部の酸素濃度が一定であれば、抵抗２２ｈの抵抗値に比例する。
【００４４】
ここで、第３実施形態では、電池部１１（図２参照）の外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の時に、ガルバニ式酸素濃度センサ２２の出力電圧（正極端子２２ｆと負極端子２２ｇとの端子間電圧）がＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１（図２参照）のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になるように、抵抗２２ｈの抵抗値が調整されている。
【００４５】
第３実施形態では、上記したように、ガルバニ式酸素濃度センサ２２により測定された酸素濃度が人体に適切な酸素濃度の下限値を下回る前の所定の値（約１８％〜約１９％）に達したときに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１（図２参照）のゲートに印加される電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になるように、ガルバニ式酸素濃度センサ２２の抵抗２２ｈの抵抗値を調整することによって、上記した第２実施形態と異なり、１個のガルバニ式酸素濃度センサ２２のみにより、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１のゲートに、容易にピンチオフ電圧Ｖｎを印加することができる。これにより、ガルバニ式酸素濃度センサ２２により測定された酸素濃度が人体に適切な酸素濃度の下限値を下回る前の所定の値（約１８％〜約１９％）に達したときに、１個のガルバニ式酸素濃度センサ２２と、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１とを用いて、容易に、電池部１１（図２参照）の放電動作を停止することができる。その結果、密閉空間内で空気電池を放電する際に、装置を大型化することなく、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度に保持することができる。
【００４６】
また、第３実施形態では、上記第２実施形態と同様、ガルバニ式酸素濃度センサ２２により発生された電圧を直接利用することにより、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１（図２参照）のスイッチング動作を行うことによって、上記した第１実施形態と異なり、電圧を増幅するためのオペアンプを用いる必要がない。これにより、オペアンプに電池部１１から電力を供給する必要がないので、電池部１１や外部の電力を用いることなく、電池部１１の放電動作を停止することができる。
【００４７】
（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。図４を参照して、この第４実施形態では、上記した第２実施形態の構成において、オペアンプを用いてガルバニ式酸素濃度センサを１個にする例について説明する。この第４実施形態の構成は、上記した第１実施形態から充電時の動作停止手段（ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１、ダイオードＤ１およびダイオードＤ２）を除いた構成に相当する。
【００４８】
すなわち、第４実施形態による空気電池は、図４に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有する電池部３１と、約１Ｖのピンチオフ電圧Ｖｎを有するＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１と、抵抗Ｒ３１およびＲ３２と、ガルバニ式酸素濃度センサ３２と、オペアンプ３３とを備えている。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ３２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例であり、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【００４９】
ＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１は、電池部３１の負極と、負荷３４との間に接続されている。また、オペアンプ３３の出力端子は、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１のゲートに接続されている。また、オペアンプ３３の反転入力端子には、負帰還回路を構成する抵抗Ｒ３１および抵抗Ｒ３２の一方の端子が接続されている。抵抗Ｒ３１の他方の端子は、オペアンプ３３の出力端子に接続されており、抵抗Ｒ３２の他方の端子は、電池部３１の負極に接続されている。抵抗Ｒ３１およびＲ３２の抵抗値は、オペアンプ３３の増幅率Ａが１００になるように設定されている。なお、オペアンプ３３の動作電圧は、電池部３１から供給されているが、他の電池から供給されてもよい。また、オペアンプ３３の非反転入力端子には、ガルバニ式酸素濃度センサ３２の一方の端子が接続されている。ガルバニ式酸素濃度センサ３２の他方の端子は、電池部３１の負極に接続されている。この第３実施形態によるガルバニ式酸素濃度センサ３２では、第１実施形態によるガルバニ式酸素濃度センサ２と同様、外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の時に約１０ｍＶの電圧が出力されるように設定されている。そして、電池部３１の外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の時に、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１のゲートに印加される電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になるように、オペアンプ３３の増幅率Ａが、上記のように、１００に設定されている。
【００５０】
この第４実施形態による空気電池の動作としては、放電時に、電池部３１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ガルバニ式酸素濃度センサ３２の出力電圧が約１０ｍＶになるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１のゲートに印加されるオペアンプ３３の出力電圧が、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になる。これにより、電池部３１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１がオフ状態になるので、電池部３１の正極から負荷３４を介して負極に向かう電流経路が遮断される。その結果、電池部３１の放電動作が停止される。
【００５１】
第４実施形態では、上記したように、ガルバニ式酸素濃度センサ３２の出力電圧を増幅するためのオペアンプ３３を設けることによって、上記第２実施形態と異なり、１個のガルバニ式酸素濃度センサ３２により、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１のゲートに、容易に、ピンチオフ電圧Ｖｎを印加することができる。これにより、ガルバニ式酸素濃度センサ３２により測定された酸素濃度が人体に適切な酸素濃度の下限値を下回る前の所定の値（約１８％〜約１９％）に達したときに、１個のガルバニ式酸素濃度センサ３２と、オペアンプ３３と、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ３１とを用いて、容易に、電池部３１の放電動作を停止することができる。その結果、密閉空間内で空気電池の電池部３１を放電する際に、容易に、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度に保持することができる。
【００５２】
（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。この第５実施形態では、上記第１〜第４実施形態と異なり、リレー装置を用いて空気電池の放電動作を停止する場合の例について説明する。
【００５３】
この第５実施形態による空気電池は、図５に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有する電池部４１と、約１Ｖのピンチオフ電圧Ｖｎを有するＮＭＯＳトランジスタＮＴ４１と、１００個のガルバニ式酸素濃度センサ４２と、リレー装置４５とを備えている。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ４２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例であり、リレー装置４５およびＮＭＯＳトランジスタＮＴ４１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【００５４】
リレー装置４５は、コイル４５ａが巻き付けられた鉄芯からなるコア４５ｂと、磁鉄からなるヨーク４５ｃと、矢印Ｆおよび矢印Ｇ方向に移動可能に取り付けられた鉄片スイッチ４５ｄと、コイル４５ａに電流が流れないときに鉄片スイッチ４５ｄを矢印Ｇ方向に戻すための復帰バネ４５ｅと、コイルに電流が流れて鉄片スイッチ４５ｄが矢印Ｆ方向に引き寄せられたときにスイッチの役目をはたす接点４５ｆとからなる。リレー装置４５の駆動電力は、本実施形態では、空気電池の電池部１から供給しているが、他の外部電源から供給してもよい。また、電池部４１の正極は、リレー装置４５の接点４５ｆに接続されている。そして、ガルバニ式酸素濃度センサ４２の合計電圧が約１Ｖ以上になると、ＮチャネルトランジスタＮＴ４１がオン状態になり、コイル４５ａに電流が流れる。これにより、鉄片スイッチ４５ｄが矢印Ｆ方向に引き寄せられるので、鉄片スイッチ４５ｄは、接点４５ｆと接触する。その結果、空気電池の正極、接点４５ｆ、鉄片スイッチ４５ｄ、負荷４４および電池部４１の負極へと放電電流が流れる。また、ガルバニ式酸素濃度センサ４２の電圧が約１Ｖ以下になると、ＮチャネルトランジスタＮＴ４１がオフ状態になり、コイル４５ａに電流が流れない。これにより、鉄片スイッチ４５ｄが矢印Ｇ方向に引き戻され、鉄片スイッチ４５ｄは接点４５ｆと接触しなくなる。その結果、空気電池の電池部４１から負荷４４に電流は流れない。
【００５５】
また、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ４１は、リレー装置４５のコイル４５ａと空気電池の電池部４１の負極との間に接続されている。また、１００個のガルバニ式酸素濃度センサ４２の正極側は、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ４１のゲートに接続されており、ガルバニ式酸素濃度センサ４２の負極側は、空気電池の電池部４１の負極に接続されている。
【００５６】
第５実施形態による空気電池の動作としては、放電時に、電池部４１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、個々のガルバニ式酸素濃度センサ４２の出力電圧が約１０ｍＶになるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ４１のゲートに印加される１００個のガルバニ式酸素濃度センサ４２の合計電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ４１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になるので、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ４１がオフ状態になる。これにより、リレー装置４５のコイル４５ａへの正極からの電力供給が停止されるので、鉄片スイッチ４５ｄを矢印Ｆ方向に引き寄せる電磁力がなくなる。このため、リレー装置４５の鉄片スイッチ４５ｄが復帰バネ４５ｅの付勢力により矢印Ｇ方向に移動する。その結果、正極から負極に向かう放電経路が遮断されるので、電池部４１の放電動作が停止される。
【００５７】
第５実施形態では、上記したように、電池部４１の正極から負極に向かう放電時の電流経路にリレー装置４５を設けるとともに、リレー装置４５の電力供給経路にＮＭＯＳトランジスタＮＴ４１を設けることによって、ガルバニ式酸素濃度センサ４２によって測定された酸素濃度が、人体に適切な酸素濃度の下限値を下回る前の所定の値（約１８％〜約１９％）に達したときに、１００個のガルバニ式酸素濃度センサ４２の合計出力によって、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ４１がオフ状態になるとともに、リレー装置４５への電力の供給が停止されてリレー装置４５の鉄片スイッチ４５ｄが矢印Ｇ方向に移動するので、容易に放電動作を停止することができる。
【００５８】
また、第５実施形態では、電池部４１の放電経路のスイッチングをリレー装置４５を用いて行うことによって、ＭＯＳトランジスタを用いて放電経路のスイッチングを行う場合に比べて、放電経路に大電流を流すことができる。したがって、第５実施形態の空気電池は、大きな放電電流を流す比較的大型の空気電池に適した構成である。
【００５９】
なお、第５実施形態による空気電池のその他の効果は、第２実施形態と同様である。
【００６０】
（第６実施形態）
図６は、本発明の第６実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。図６を参照して、この第６実施形態では、上記第５実施形態の構成において、オペアンプを用いてガルバニ式酸素濃度センサを１個にする例について説明する。なお、この第６実施形態は、上記した第４実施形態と第５実施形態とを組み合わせた構成を有する。
【００６１】
すなわち、この第６実施形態による空気電池は、図６に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有する電池部５１と、約１Ｖのピンチオフ電圧Ｖｎを有するＮＭＯＳトランジスタＮＴ５１と、リレー装置５５と、１個のガルバニ式酸素濃度センサ５２と、オペアンプ５３と、抵抗Ｒ５１およびＲ５２とを備えている。ガルバニ式酸素濃度センサ５２、オペアンプ５３、抵抗Ｒ５１およびＲ５２は、それぞれ、第４実施形態によるガルバニ式酸素濃度センサ３２、オペアンプ３３、抵抗Ｒ３１およびＲ３２と同様の構成を有している。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ５２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例であり、リレー装置５５およびＮＭＯＳトランジスタＮＴ５１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【００６２】
また、リレー装置５５は、図５に示した第５実施形態のリレー装置４５の接続関係と同様、コイル５５ａが巻き付けられたコア５５ｂと、ヨーク５５ｃと、矢印Ｆおよび矢印Ｇ方向に移動可能に取り付けられた鉄片スイッチ５５ｄと、鉄片スイッチ５５ｄを矢印Ｇ方向に付勢するための復帰バネ５５ｅと、コイル５５ａに電流が流れ鉄片スイッチ５５ｄが矢印Ｆ方向に引き寄せられたときに鉄片スイッチ５５ｄと接続される接点５５ｆとから構成されている。なお、リレー装置５５の接続関係は、図５に示した第５実施形態のリレー装置４５の接続関係と同様である。これにより、電池部５１の正極から、接点５５ｆ、鉄片スイッチ５５ｄおよび負荷５４を経て、電池部５１の負極に向かう電流経路に放電電流が流れる。
【００６３】
第６実施形態による空気電池の動作としては、放電時に、電池部５１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ガルバニ式酸素濃度センサ５２の出力電圧が約１０ｍＶになるとともに、出力電圧がオペアンプ５３により増幅される。このオペアンプ５３の増幅率Ａは、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ５１のゲートに印加される電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ５１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になるように、「１００」に設定されているので、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ５１がオフ状態になる。これにより、リレー装置５５のコイル５５ａへの正極からの電力供給が停止されるので、鉄片スイッチ５５ｄを矢印Ｆ方向に引き寄せる電磁力がなくなる。このため、リレー装置５５の鉄片スイッチ５５ｄが復帰バネ５５ｅの付勢力により、矢印Ｇ側へ移動する。その結果、正極から負極に向かう放電経路が遮断されるので、電池部５１の放電動作が停止される。
【００６４】
第６実施形態では、上記したように、ガルバニ式酸素濃度センサ５２の出力電圧を増幅するためのオペアンプ５３を設けることによって、上記第５実施形態と異なり、１個のガルバニ式酸素濃度センサ５２により、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ５１のゲートに、容易に、ピンチオフ電圧Ｖｎを印加することができる。これにより、ガルバニ式酸素濃度センサ５２により測定された人体に適切な酸素濃度の下限値を下回る前の所定の値（約１８％〜約１９％）に達したときに、１個のガルバニ式酸素濃度センサ５２と、オペアンプ５３と、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ５１と、リレー装置５５とを用いて、容易に、電池部５１の放電動作を停止することができる。その結果、密閉空間内で空気電池の電池部５１を放電する際に、容易に密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度に保持することができる。
【００６５】
なお、第６実施形態による空気電池のその他の効果は、第５実施形態と同様である。
【００６６】
（第７実施形態）
図７は、本発明の第７実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。図７を参照して、この第７実施形態では、上記第４実施形態の構成において、電池部とガルバニ式酸素濃度センサとを一体化することにより、電解液を共有化した場合の例について説明する。第７実施形態のその他の構成は、第４実施形態と同様である。
【００６７】
すなわち、この第７実施形態による空気電池は、図７に示すように、電池部６１と、ガルバニ式酸素濃度センサ部６２と、約１Ｖのピンチオフ電圧Ｖｎを有するＮＭＯＳトランジスタＮＴ６１と、オペアンプ６３と、抵抗Ｒ６１およびＲ６２とを備えている。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ部６２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例であり、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ６１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【００６８】
ＮＭＯＳトランジスタＮＴ６１は、電池部６１の負極と、負荷６４との間に接続されている。また、オペアンプ６３の出力端子は、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ６１のゲートに接続されている。また、オペアンプ６３の反転入力端子には、負帰還回路を構成する抵抗Ｒ６１およびＲ６２が接続されている。この抵抗Ｒ６１およびＲ６２の抵抗値は、オペアンプ６３の増幅率Ａが１００になるように設定されている。
【００６９】
ここで、第７実施形態では、電池部６１とガルバニ式酸素濃度センサ部６２とを一体化することにより、電池部６１とガルバニ式酸素濃度センサ部６２との電解液を共有化している。すなわち、ガルバニ式酸素濃度センサ部６２は、正極活物質として酸素を使用するとともに、負極に金属活物質を用いる空気／金属電池であるので、空気電池を構成する電池部６１の電解液を共通に使用することが可能である。なお、共通の電解液としては、たとえば、水酸化カリウム溶液が用いられる。また、電池部６１と一体化されたガルバニ式酸素濃度センサ部６２の正極は、オペアンプ６３からの非反転入力端子に接続されており、ガルバニ式酸素濃度センサ部６２の負極は、空気電池の電池部６１の負極に接続されている。
【００７０】
なお、ガルバニ式酸素濃度センサ部６２は、電池部６１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、約１０ｍＶの出力電圧が出力されるように設定されている。そして、電池部６１の外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の時に、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ６１のゲートに印加される電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ６１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になるように、オペアンプ６３の増幅率Ａが、上記のように、１００に設定されている。
【００７１】
この第７実施形態の動作としては、放電時に、電池部６１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ガルバニ式酸素濃度センサ部６２の出力電圧が約１０ｍＶになるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ６１のゲートに印加されるオペアンプ６３の出力電圧が、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ６１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になる。これにより、電池部６１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ６１がオフ状態になるので、電池部６１の正極から負荷６４を介して負極に向かう電流経路が遮断される。これにより、放電動作が停止される。
【００７２】
第７実施形態では、上記したように、電池部６１と、ガルバニ式酸素濃度センサ部６２とを一体化することにより、電池部６１とガルバニ式酸素濃度センサ部６２との電解液を共有化することによって、ガルバニ式酸素濃度センサの電解液を電池部の電解液とは別個に設ける場合に比べて、装置を小型化することができる。
【００７３】
なお、第７実施形態のその他の効果は、上記第４実施形態と同様である。
【００７４】
（第８実施形態）
図８は、本発明の第８実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。この第８実施形態では、上記第２〜第７実施形態の放電動作を停止する場合と異なり、ガルバニ式酸素濃度センサとＰＭＯＳトランジスタとを用いて空気電池の充電動作を停止する場合について説明する。
【００７５】
すなわち、第８実施形態による空気電池は、図８に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有する電池部７１と、約１．２５Ｖのピンチオフ電圧Ｖｐを有するＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１と、１００個のガルバニ式酸素濃度センサ７２とを備えている。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ７２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例であり、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【００７６】
ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１は、電池部７１の負極と充電用電源７４との間に接続されている。また、１００個のガルバニ式酸素濃度センサ７２は、直列に接続されているとともに、正極側の端部は、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１のゲートに接続され、かつ、負極側の端部は、空気電池の電池部７１の負極に接続されている。これにより、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１のゲートには、１個のガルバニ式酸素濃度センサ７２の出力電圧の１００倍の電圧が印加される。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ７２は、第１実施形態のガルバニ式酸素濃度センサ２と同様の特性を有する。すなわち、電池部７１の外部の酸素濃度が約２４％〜約２５％の場合に、個々のガルバニ式酸素濃度センサ７２がそれぞれ約１２．５ｍＶの電圧を出力する。これにより、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１のゲートに合計約１．２５Ｖの電圧が印加される。
【００７７】
なお、この第８実施形態による空気電池の動作としては、充電時に、電池部７１の外部の酸素濃度が上昇して約２４％〜約２５％に達したときに、個々のガルバニ式酸素濃度センサ７２の出力電圧が約１２．５ｍＶになるとともに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１のゲートに印加される１００個のガルバニ式酸素濃度センサ７２の合計電圧がＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１のピンチオフ電圧Ｖｐ（約１．２５Ｖ）になる。これにより、電池部７１の外部の酸素濃度が上昇して約２４％〜約２５％に達したときに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１がオフ状態になるので、電池部７１の負極から電池部７１の正極に向かう電流経路が遮断される。その結果、充電動作が停止される。
【００７８】
第８実施形態では、上記したように、電池部７１の外部の酸素濃度を測定する１００個のガルバニ式酸素濃度センサ７２と、ガルバニ式酸素濃度センサ７２によって測定された酸素濃度が人体に適切な酸素濃度の上限値を上回る前の所定の値（約２４％〜約２５％）に達したときに、電池部７１の充電動作を停止するためのＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１とを設けることによって、密閉空間内で空気電池の電池部７１を充電する場合にも、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度の範囲内に保持することができる。
【００７９】
また、第８実施形態では、上記したように、ガルバニ式酸素濃度センサ７２により発生された電圧を直接利用することにより、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１のスイッチング動作を行うことによって、上記した第１実施形態と異なり、電圧を増幅するためのオペアンプを用いる必要がない。これにより、オペアンプに電池部７１から電力を供給する必要もないので、電池部７１や外部の電力を用いることなく、電池部７１の充電動作を停止することができる。
【００８０】
（第９実施形態）
図９は、本発明の第９実施形態による空気電池に含まれるガルバニ式酸素濃度センサの構造を示した断面図である。図９を参照して、この第９実施形態では、上記第８実施形態の構成において、ガルバニ式酸素濃度センサを１個にするための構成の一例について説明する。なお、第９実施形態による空気電池のガルバニ式酸素濃度センサ以外の構成および接続関係は、第８実施形態と同様である。
【００８１】
この第９実施形態による空気電池に含まれるガルバニ式酸素濃度センサ８２は、セルケース８２ａと、酸素透過性の隔膜８２ｂと、酸素極からなる正極８２ｃと、水酸化カリウムを含む電解液８２ｄと、鉛などの金属からなる負極８２ｅと、正極８２ｃから引き出された正極端子８２ｆと、負極８２ｅから引き出された負極端子８２ｇと、正極端子８２ｆと負極端子８２ｇとの間に接続された抵抗８２ｈとを備えている。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ８２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例である。
【００８２】
このガルバニ式酸素濃度センサ８２の動作としては、外部から隔膜８２ｂを通過して正極８２ｃに供給された酸素が正極８２ｃ上で電解還元されることによって、正極８２ｃと負極８２ｅとの間に、酸素濃度に比例した電流が流れる。この電流が抵抗８２ｈの両端に位置する正極端子８２ｆと負極端子８２ｇとの端子間電圧（出力電圧）として検出される。この出力電圧から酸素濃度が判断される。つまり、ガルバニ式酸素濃度センサ８２の正極端子８２ｆと負極端子８２ｇとの端子間電圧は、空気電池の電池部７１の外部の酸素濃度が一定であれば、抵抗８２ｈの抵抗値に比例する。
【００８３】
ここで、第９実施形態では、電池部７１（図８参照）の外部の酸素濃度が約２４％〜約２５％の時に、ガルバニ式酸素濃度センサ８２の出力電圧（正極端子８２ｆと負極端子８２ｇとの端子間電圧）がＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１（図８参照）のピンチオフ電圧Ｖｐ（約１．２５Ｖ）になるように、抵抗８２ｈの抵抗値が調整されている。
【００８４】
第９実施形態では、上記したように、ガルバニ式酸素濃度センサ８２により測定された酸素濃度が人体に適切な酸素濃度の上限値を上回る前の所定の値（約２４％〜約２５％）に達したときに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１（図８参照）のゲートに印加される電圧がＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１のピンチオフ電圧Ｖｐ（約１．２５Ｖ）になるように、ガルバニ式酸素濃度センサ８２の抵抗８２ｈの抵抗値を調整することによって、上記した第８実施形態と異なり、１個のガルバニ式酸素濃度センサ８２のみにより、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１のゲートに、容易にピンチオフ電圧Ｖｐを印加することができる。これにより、ガルバニ式酸素濃度センサ８２により測定された酸素濃度が人体に適切な酸素濃度の上限値を上回る前の所定の値（約２４％〜約２５％）に達したときに、１個のガルバニ式酸素濃度センサ８２と、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１とを用いて、容易に、電池部７１（図８参照）の充電動作を停止することができる。その結果、密閉空間内で空気電池を充電する際に、装置を大型化することなく、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度に保持することができる。
【００８５】
また、第９実施形態では、上記第８実施形態と同様、ガルバニ式酸素濃度センサ８２により発生された電圧を直接利用することにより、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ７１（図８参照）のスイッチング動作を行うことによって、上記した第８実施形態と異なり、電圧を増幅するためのオペアンプを用いる必要がない。これにより、オペアンプに電池部７１から電力を供給する必要がないので、電池部７１や外部の電力を用いることなく、電池部７１の充電動作を停止することができる。
【００８６】
（第１０実施形態）
図１０は、本発明の第１０実施形態による空気電池の全体構成を示す回路図である。図１０を参照して、この第１０実施形態では、上記第８実施形態の構成において、オペアンプを用いてガルバニ式酸素濃度センサを１個にする例について説明する。この第１０実施形態の構成は、上記した第１実施形態から放電時の動作停止手段（ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１、ダイオードＤ１およびダイオードＤ２）を除いた構成に相当する。
【００８７】
すなわち、第１０実施形態による空気電池は、図１０に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有する電池部９１と、約１．２５Ｖのピンチオフ電圧Ｖｐを有するＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１と、抵抗Ｒ９１およびＲ９２と、ガルバニ式酸素濃度センサ９２と、オペアンプ９３とを備えている。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ９２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例であり、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【００８８】
ＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１は、電池部９１の負極と充電用電源９４との間に接続されている。また、オペアンプ９３の出力端子は、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１のゲートに接続されている。また、オペアンプ９３の反転入力端子には、負帰還回路を構成する抵抗Ｒ９１および抵抗Ｒ９２の一方の端子が接続されている。抵抗Ｒ９１の他方の端子は、オペアンプ９３の出力端子に接続されており、抵抗Ｒ９２の他方の端子は、電池部９１の負極に接続されている。抵抗Ｒ９１およびＲ９２の抵抗値は、オペアンプ９３の増幅率Ａが１００になるように設定されている。なお、オペアンプ９３の動作電圧は、本実施形態では、電池部９１から供給されているが、他の電池から供給されるようにしてもよい。また、オペアンプ９３の非反転入力端子には、ガルバニ式酸素濃度センサ９２の一方の端子が接続されている。ガルバニ式酸素濃度センサ９２の他方の端子は、電池部９１の負極に接続されている。この第１０実施形態によるガルバニ式酸素濃度センサ９２では、第８実施形態によるガルバニ式酸素濃度センサ７２と同様、外部の酸素濃度が約２４％〜約２５％の時に約１２．５ｍＶの電圧が出力されるように設定されている。そして、電池部９１の外部の酸素濃度が約２４％〜約２５％の時に、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１のゲートに印加される電圧がＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１のピンチオフ電圧Ｖｐ（約１．２５Ｖ）になるように、オペアンプ９３の増幅率Ａが、上記のように、１００に設定されている。
【００８９】
この第１０実施形態の動作としては、充電時に、電池部９１の外部の酸素濃度が約２４％〜約２５％に達したときに、ガルバニ式酸素濃度センサ９２の出力電圧が約１２．５ｍＶになるとともに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１のゲートに印加されるオペアンプ９３の出力電圧が、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１のピンチオフ電圧Ｖｐ（約１．２５Ｖ）になる。これにより、電池部９１の外部の酸素濃度が約２４％〜約２５％に達したときに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１がオフ状態になるので、電池部９１の負極から充電用電源９４を介して正極に向かう電流経路が遮断される。その結果、電池部９１の充電動作が停止される。
【００９０】
第１０実施形態では、上記したように、ガルバニ式酸素濃度センサ９２の出力電圧を増幅するためのオペアンプ９３を設けることによって、第８実施形態と異なり、１個のガルバニ式酸素濃度センサ９２により、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１のゲートに、容易に、ピンチオフ電圧Ｖｐを印加することができる。これにより、ガルバニ式酸素濃度センサ９２により測定された人体に適切な酸素濃度の上限値を上回る前の所定の値（約２４％〜約２５％）に達したときに、１個のガルバニ式酸素濃度センサ９２と、オペアンプ９３と、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ９１とを用いて、容易に、電池部９１の充電動作を停止することができる。その結果、密閉空間内で空気電池の電池部９１を充電する際に、容易に、密閉空間内の酸素濃度を人体に適切な酸素濃度に保持することができる。
【００９１】
（第１１実施形態）
図１１は、本発明の第１１実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。図１１を参照して、この第１１実施形態では、上記第１〜第１０実施形態と異なり、電池部の外部の二酸化炭素濃度が所定の値に達した時に、電池部の動作を停止させる場合について説明する。
【００９２】
この第１１実施形態による空気電池は、図１１に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有する電池部１０１と、所定のピンチオフ電圧Ｖｐを有するＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１と、抵抗Ｒ１０１およびＲ１０２と、固体電解質型二酸化炭素センサ１０２と、オペアンプ１０３とを備えている。なお、固体電解質型二酸化炭素センサ１０２は、本発明の「二酸化炭素濃度測定部」および「二酸化炭素センサ」の一例であり、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。また、固体電解質型二酸化炭素センサ（固体電解質型炭酸ガスセンサ）１０２は、固体電解質と固体基準極との界面において酸化物と二酸化炭素とが化学反応することにより生じる起電力が、被検ガス中の二酸化炭素分圧の対数に比例する原理により、二酸化炭素濃度を測定するものである。
【００９３】
ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１は、電池部１０１の負極と、負荷１０４との間に接続されている。また、オペアンプ１０３の出力端子は、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のゲートに接続されている。また、オペアンプ１０３の反転入力端子には、負帰還回路を構成する抵抗Ｒ１０１およびＲ１０２の一方の端子が接続されている。抵抗Ｒ１０１の他方の端子は、オペアンプ１０３の出力端子に接続されており、抵抗Ｒ１０２の他方の端子は、電池部１０１の負極に接続されている。これにより、抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２との抵抗値の比を調整することにより、オペアンプ１０３の増幅率Ａを任意に調整することが可能となる。なお、本実施形態では、オペアンプ１０３の動作電圧は、電池部１０１から供給されるが、他の電池から供給されてもよい。また、オペアンプ１０３の非反転入力端子には、固体電解質型二酸化炭素センサ１０２の一方の端子が接続されている。固体電解質型二酸化炭素センサ１０２の他方の端子は、電池部１０１の負極に接続されている。
【００９４】
ここで、密閉空間内で放電時に二酸化炭素を放出する空気電池を多数使用する場合には、密閉空間内の二酸化炭素濃度が上昇すると考えられる。また、人体に適切な空気中の二酸化炭素濃度は、約２％以下であることが知られている。そして、この第１１実施形態では、固体電解質型二酸化炭素センサ１０２は、外部の二酸化炭素濃度が約２％の時にＶ１の電圧が出力されるように設定されている。また、第１１実施形態では、電池部１０１の外部の二酸化炭素濃度が約２％の時に、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のゲートに印加されるオペアンプ１０３の出力電圧がＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のピンチオフ電圧Ｖｐになるように、オペアンプ１０３の増幅率Ａが調整されている。すなわち、第１１実施形態では、Ｖ１×Ａ＝Ｖｐになるように、抵抗Ｒ１０１およびＲ１０２の抵抗値が調整されている。
【００９５】
この第１１実施形態の動作としては、放電時に、電池部１０１の外部の二酸化炭素濃度が上昇して約２％に達したときに、固体電解質型二酸化炭素センサ１０２の出力電圧がＶ１になるとともに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のゲートに印加されるオペアンプ１０３の出力電圧が、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のピンチオフ電圧Ｖｐになる。これにより、電池部１０１の外部の二酸化炭素濃度が上昇して約２％に達したときに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１がオフ状態になるので、電池部１０１の正極から負荷１０４を介して負極に向かう電流経路が遮断される。その結果、電池部１０１の放電動作が停止される。なお、電池部１０１の外部の二酸化炭素濃度が約２％以上の状態では、固体電解質型二酸化炭素センサ１０２の出力電圧がＶ１以上になるとともに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のゲートに印加されるオペアンプ１０３の出力電圧がＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のピンチオフ電圧Ｖｐ以上になるので、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のオフ状態（放電動作の停止状態）が維持される。
【００９６】
第１１実施形態では、上記したように、電池部１０１の外部の二酸化炭素濃度を測定する固体電解質型二酸化炭素センサ１０２と、固体電解質型二酸化炭素センサ１０２によって測定された二酸化炭素濃度が、人体に適切な二酸化炭素濃度の上限値を上回る前の所定の値（約２％）に達したときに、電池部１０１の放電動作を停止するためのＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１とを設けることによって、密閉空間内で空気電池の電池部１０１を放電する場合にも、密閉空間内の二酸化炭素濃度を人体に適切な二酸化炭素濃度の範囲内に保持することができる。
【００９７】
また、第１１実施形態では、上記したように、オペアンプ１０３と抵抗Ｒ１０１およびＲ１０２とを設けることによって、固体電解質型二酸化炭素センサ１０２の出力電圧を増幅することができるとともに、この増幅された出力電圧をＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のゲートに印加することができる。これにより、固体電解質型二酸化炭素センサ１０２から小さな出力電圧しか得ることができない場合であっても、１個の固体電解質型二酸化炭素センサ１０２のみにより、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１０１のゲートに、容易に、ピンチオフ電圧Ｖｐを印加することができる。
【００９８】
（第１２実施形態）
図１２は、本発明の第１２実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。図１２を参照して、この第１２実施形態では、酸素濃度および二酸化炭素濃度のうちの少なくとも１つが所定の値に達した時に、電池部の動作を停止させる場合について説明する。
【００９９】
この第１２実施形態による空気電池は、図１２に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有する電池部１１１と、酸素濃度測定用回路部１１０と、二酸化炭素濃度測定用回路部１２０とを備えている。
【０１００】
酸素濃度測定用回路部１１０は、約１Ｖのピンチオフ電圧Ｖｎを有するＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１と、抵抗Ｒ１１１およびＲ１１２と、ガルバニ式酸素濃度センサ１１２と、オペアンプ１１３とを含んでいる。なお、ガルバニ式酸素濃度センサ１１２は、本発明の「酸素濃度測定部」および「酸素センサ」の一例であり、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【０１０１】
ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１は、電池部１１１の負極側と、負荷１１４との間に接続されている。また、オペアンプ１１３の出力端子は、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１のゲートに接続されている。また、オペアンプ１１３の反転入力端子には、負帰還回路を構成する抵抗Ｒ１１１およびＲ１１２の一方の端子が接続されている。抵抗Ｒ１１１の他方の端子は、オペアンプ１１３の出力端子に接続されており、抵抗Ｒ１１２の他方の端子は、電池部１１１の負極側に接続されている。なお、本実施形態では、オペアンプ１１３の動作電圧は、電池部１１１から供給されるが、他の電池から供給されてもよい。また、オペアンプ１１３の非反転入力端子には、ガルバニ式酸素濃度センサ１１２の一方の端子が接続されている。ガルバニ式酸素濃度センサ１１２の他方の端子は、電池部１１１の負極側に接続されている。
【０１０２】
ここで、第１２実施形態では、上記第１実施形態と同様、ガルバニ式酸素濃度センサ１１２は、電池部１１１の外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の時に約１０ｍＶの電圧が出力されるように設定されている。また、電池部１１１の外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％の時に、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１のゲートに印加される電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になるように、オペアンプ１１３の増幅率Ａが１００に設定されている。すなわち、オペアンプ１１３の増幅率Ａが１００になるように、抵抗Ｒ１１１およびＲ１１２の抵抗値が調整されている。
【０１０３】
また、二酸化炭素濃度測定用回路部１２０は、所定のピンチオフ電圧Ｖｐを有するＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１と、抵抗Ｒ１２１およびＲ１２２と、固体電解質型二酸化炭素センサ１２２と、オペアンプ１２３とを含んでいる。なお、固体電解質型二酸化炭素センサ１２２は、本発明の「二酸化炭素濃度測定部」および「二酸化炭素センサ」の一例であり、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１は、本発明の「動作停止手段」および「スイッチング部」の一例である。
【０１０４】
ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１は、電池部１１１の負極と、負荷１１４側との間に接続されている。また、オペアンプ１２３の出力端子は、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１のゲートに接続されている。また、オペアンプ１２３の反転入力端子には、負帰還回路を構成する抵抗Ｒ１２１およびＲ１２２の一方の端子が接続されている。抵抗Ｒ１２１の他方の端子は、オペアンプ１２３の出力端子に接続されており、抵抗Ｒ１２２の他方の端子は、電池部１１１の負極に接続されている。なお、本実施形態では、オペアンプ１２３の動作電圧は、電池部１１１から供給されるが、他の電池から供給されてもよい。また、オペアンプ１２３の非反転入力端子には、固体電解質型二酸化炭素センサ１２２の一方の端子が接続されている。固体電解質型二酸化炭素センサ１２２の他方の端子は、電池部１１１の負極に接続されている。
【０１０５】
ここで、第１２実施形態では、上記第１１実施形態と同様、固体電解質型二酸化炭素センサ１２２は、電池部１１１の外部の二酸化炭素濃度が約２％の時にＶ１の電圧が出力されるように設定されている。また、電池部１１１の外部の二酸化炭素濃度が約２％の時に、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１のゲートに印加される電圧がＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１のピンチオフ電圧Ｖｐになるように、オペアンプ１２３の増幅率Ａが調整されている。すなわち、Ｖ１×Ａ＝Ｖｐになるように、抵抗Ｒ１２１およびＲ１２２の抵抗値が調整されている。
【０１０６】
この第１２実施形態の動作としては、放電時に、電池部１１１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ガルバニ式酸素濃度センサ１１２の出力電圧が約１０ｍＶになるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１のゲートに印加されるオペアンプ１１３の出力電圧が、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）になる。これにより、電池部１１１の外部の酸素濃度が低下して約１８％〜約１９％に達したときに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１がオフ状態になるので、電池部１１１の正極から負荷１１４を介して負極に向かう電流経路が遮断される。その結果、電池部１１１の放電動作が停止される。なお、電池部１１１の外部の酸素濃度が約１８％〜約１９％以下の状態では、ガルバニ式酸素濃度センサ１１２の出力電圧が約１０ｍＶ以下になるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１のゲートに印加されるオペアンプ１１３の出力電圧がＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１のピンチオフ電圧Ｖｎ（約１Ｖ）以下になるので、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１のオフ状態（放電動作の停止状態）が維持される。
【０１０７】
また、放電時に、電池部１１１の外部の二酸化炭素濃度が上昇して約２％に達したときに、固体電解質型二酸化炭素センサ１２２の出力電圧がＶ１になるとともに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１のゲートに印加されるオペアンプ１２３の出力電圧が、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１のピンチオフ電圧Ｖｐになる。これにより、電池部１１１の外部の二酸化炭素濃度が上昇して約２％に達したときに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１がオフ状態になるので、電池部１１１の正極から負荷１１４を介して負極に向かう電流経路が遮断される。その結果、電池部１１１の放電動作が停止される。なお、電池部１１１の外部の二酸化炭素濃度が約２％以上の状態では、固体電解質型二酸化炭素センサ１２２の出力電圧がＶ１以上になるとともに、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１のゲートに印加されるオペアンプ１２３の出力電圧がＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１のピンチオフ電圧Ｖｐ以上になるので、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１のオフ状態（放電動作の停止状態）が維持される。
【０１０８】
これにより、第１２実施形態では、酸素濃度が約１８％〜約１９％よりも高く、かつ、二酸化炭素濃度が約２％よりも低い状態でのみ、電池部１１１の放電動作が可能となる。
【０１０９】
第１２実施形態では、上記したように、電池部１１１の外部の酸素濃度を測定するガルバニ式酸素濃度センサ１１２、および、二酸化炭素濃度を測定する固体電解質型二酸化炭素センサ１２２を設けるとともに、人体に適切な酸素濃度の下限値を下回る前の所定の値（約１８％〜約１９％）に達したときに、電池部１１１の放電動作を停止するためのＮＭＯＳトランジスタＮＴ１１１、および、人体に適切な二酸化炭素濃度の上限値を上回る前の所定の値（約２％）に達したときに、電池部１１１の放電動作を停止するためのＰＭＯＳトランジスタＰＴ１２１を設けることによって、ガルバニ式酸素濃度センサ１１２によって測定された酸素濃度、および、固体電解質型二酸化炭素センサ１２２によって測定された二酸化炭素濃度のうちの少なくとも１つが人体に適切な値の限界値を越える前の所定の値に達したときに、電池部１１１の動作を停止することができる。これにより、密閉空間内で空気電池の電池部１１１を放電する場合にも、密閉空間内の酸素濃度および二酸化炭素濃度をそれぞれ人体に適切な値の範囲内に保持することができる。
【０１１０】
（第１３実施形態）
図１３は、本発明の第１３実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。図１３を参照して、この第１３実施形態では、電池部の外部の湿度が所定の値に達した時に、電池部の動作を停止させる場合について説明する。
【０１１１】
この第１３実施形態による空気電池は、図１３に示すように、空気中の酸素を正極活物質として使用する空気極（正極）を有し、放電時に水を放出する電池部１３１と、毛髪式湿度センサ１３２とを備えている。なお、毛髪式湿度センサ１３２は、本発明の「湿度測定部」および「動作停止手段」の一例である。
【０１１２】
毛髪式湿度センサ１３２は、電池部１３１の負極と、負荷１３４との間に接続されている。この毛髪式湿度センサ１３２は、毛髪が湿度により伸縮することによって、オン状態またはオフ状態になるマイクロスイッチ（図示せず）を含んでいる。
【０１１３】
ここで、密閉空間内で放電時に水を放出する空気電池を多数使用する場合には、密閉空間内の湿度が上昇すると考えられる。また、カビやダニが発生するのを抑制するためには、密閉空間内の湿度として、約６０％以下が好ましいことが知られている。そして、この第１３実施形態では、毛髪式湿度センサ１３２は、電池部１３１の外部の湿度が約６０％の時に、毛髪式湿度センサ１３２のマイクロスイッチがオフ状態になるように設定されている。
【０１１４】
この第１３実施形態の動作としては、放電時に、電池部１３１の正極から負荷１３４および毛髪式湿度センサ１３２を介して、負極に電流が流れる。この際、放電により電池部１３１の外部の湿度が上昇する。そして、電池部１３１の外部の湿度が約６０％に達したときに、毛髪式湿度センサ１３２のマイクロスイッチがオフ状態になるので、電池部１３１の正極から負荷１３４を介して負極に向かう電流経路が遮断される。その結果、電池部１３１の放電動作が停止される。なお、電池部１３１の外部の湿度が約６０％以上であれば、毛髪式湿度センサ１３２のマイクロスイッチがオフ状態になるので、放電動作の停止状態が維持される。
【０１１５】
第１３実施形態では、上記したように、電池部１３１の外部の湿度を測定するとともに、電池部１３１の外部の湿度が約６０％に達した時にオフ状態になるマイクロスイッチを含む毛髪式湿度センサ１３２を設けることによって、密閉空間内で空気電池の電池部１３１を放電する場合にも、密閉空間内の湿度を適切な湿度（約６０％以下）に保持することができる。これにより、カビやダニが発生するのを抑制することができる。
【０１１６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１１７】
たとえば、上記第１〜第１２実施形態では、電池部の動作停止手段（スイッチング部）として、ＭＯＳトランジスタやリレー装置を用いたが、本発明はこれに限らず、他のスイッチング部を含む動作停止手段を用いてもよい。
【０１１８】
また、上記第１〜第１０実施形態では、約１Ｖのピンチオフ電圧を有するＮＭＯＳトランジスタおよび約１．２５Ｖのピンチオフ電圧を有するＰＭＯＳトランジスタを用いるとともに、第１１実施形態では、ピンチオフ電圧Ｖｐを有するＰＭＯＳトランジスタを用い、第１２実施形態では、約１Ｖのピンチオフ電圧を有するＮＭＯＳトランジスタおよびピンチオフ電圧Ｖｐを有するＰＭＯＳトランジスタを用いたが、本発明はこれに限らず、ＮＭＯＳトランジスタおよびＰＭＯＳトランジスタのピンチオフ電圧は任意に変更可能である。
【０１１９】
また、上記第２、第５および第８実施形態では、１００個のガルバニ式酸素濃度センサを用いたが、本発明はこれに限らず、ＮＭＯＳトランジスタまたはＰＭＯＳトランジスタのピンチオフ電圧と、酸素濃度が所定の値に達したときのガルバニ式酸素濃度センサの出力電圧とに応じて、ガルバニ式酸素濃度センサの個数を決定すればよい。
【０１２０】
また、上記第１〜第１０および第１２実施形態では、酸素濃度測定部としてガルバニ式酸素濃度センサを用いたが、本発明はこれに限らず、他の酸素濃度測定手段を用いてもよい。
【０１２１】
なお、上記実施形態で説明した空気電池の電池部としては、たとえば、空気中の酸素を正極活物質として使用するとともに、水素、メタノールおよび炭化水素などを負極活物質として使用する燃料電池や、空気中の酸素を正極活物質として使用するとともに、負極に金属活物質を用いる金属／空気電池などが考えられるが、本発明はこれに限らず、空気中の酸素を使用する空気極を含む電池であれば、他の電池にも適用可能である。
【０１２２】
また、上記第１、第４〜第７および第１０〜第１２実施形態では、オペアンプまたはリレー装置の電力を電池部から供給するようにしたが、本発明はこれに限らず、他の外部電源または他の電池から供給するようにしてもよい。
【０１２３】
また、上記第１１および第１２実施形態では、二酸化炭素濃度測定部として固体電解質型二酸化炭素センサを用いたが、本発明はこれに限らず、他の二酸化炭素濃度測定手段を用いてもよい。たとえば、固体電解質型二酸化炭素センサ以外の他の二酸化炭素濃度測定手段としては、赤外光方式二酸化炭素センサおよび半導体型二酸化炭素センサなどがある。
【０１２４】
また、上記第１１および第１２実施形態では、ＰＭＯＳトランジスタを用いて、電池部の正極から負極に向かう電流経路を遮断するようにしたが、本発明はこれに限らず、リレー装置を用いて、電池部の正極から負極に向かう電流経路を遮断するようにしてもよい。これにより、二酸化炭素センサを用いた場合にも、電流経路に大電流を流すことができる。
【０１２５】
また、上記第１３実施形態では、湿度測定部として毛髪式湿度センサを用いたが、本発明はこれに限らず、他の湿度測定手段を用いてもよい。たとえば、毛髪式湿度センサ以外の他の湿度測定手段としては、水晶振動式湿度センサ、高分子系湿度センサおよび金属酸化物系湿度センサなどがある。なお、これらの湿度センサを用いる場合には、毛髪式湿度センサを用いる場合と異なり、動作停止手段を別途設ける必要がある。
【０１２６】
また、上記第１、第２、第４〜第８および第１０〜第１３実施形態では、酸素濃度測定部、二酸化炭素濃度測定部および湿度測定部のうちの１つまたは２つを電池部に接続するようにしたが、本発明はこれに限らず、酸素濃度測定部、二酸化炭素濃度測定部および湿度測定部のすべてを電池部に接続するようにしてもよい。また、酸素濃度測定部、二酸化炭素濃度測定部および湿度測定部のうちの２つを電池部に接続する場合は、酸素濃度測定部と湿度測定部とを組み合わせてもよいし、二酸化炭素濃度測定部と湿度測定部とを組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態による空気電池に含まれるガルバニ式酸素濃度センサの構造を示した断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【図５】本発明の第５実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【図６】本発明の第６実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【図７】本発明の第７実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【図８】本発明の第８実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【図９】本発明の第９実施形態による空気電池に含まれるガルバニ式酸素濃度センサの構造を示した断面図である。
【図１０】本発明の第１０実施形態による空気電池の全体構成を示す回路図である。
【図１１】本発明の第１１実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【図１２】本発明の第１２実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【図１３】本発明の第１３実施形態による空気電池の全体構成を示した回路図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、４１、５１、６１、７１、９１、１０１、１１１、１３１　電池部
３、３３、５３、６３、９３、１０３、１１３、１２３　オペアンプ
ＮＴ１、ＮＴ１１、ＮＴ３１、ＮＴ４１、ＮＴ５１、ＮＴ６１、ＮＴ１１１　ＮＭＯＳトランジスタ（動作停止手段、スイッチング部）
ＰＴ１、ＰＴ７１、ＰＴ９１、ＰＴ１０１、ＰＴ１２１　ＰＭＯＳトランジスタ（動作停止手段、スイッチング部）
４５、５５　リレー装置（動作停止手段、スイッチング部）
２、１２、２２、３２、４２、５２、７２、８２、９２、１１２　ガルバニ式酸素濃度センサ（酸素濃度測定部、酸素センサ）
６２　ガルバニ式酸素濃度センサ部（酸素濃度測定部、酸素センサ）
１０２、１２２　固体電解質型二酸化炭素センサ（二酸化炭素濃度測定部、二酸化炭素センサ）
１３２　毛髪式湿度センサ（湿度測定部、動作停止手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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