(57)【要約】【課題】コンクリートの充填や物性を検知するセンサや測定器を作動させるための電源となり、未使用期間が長くても性能が安定していて保守管理が簡単な電池及びそれを用いたコンクリートの高精度な充填確認方法を得る。【解決手段】フレッシュコンクリート中の水分を電解質として使用する電池。フレッシュコンクリート中の水分を電解質として使用する電池をセンサと制御回路と共に組み込み、フレッシュコンクリート中に浸漬した時、前記フレッシュコンクリート中の水分に触れ封止されているシール材が溶解して電池容器側面の穴を水分が透過し、起電力が発生して該センサ素子から無線信号が送信され、その信号によりコンクリートの充填状態を測定するコンクリートの充填確認方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、正極材、負極材、電解質、正極材と負極材を隔てるセパレータを収容する電池容器からなる電池において、フレッシュコンクリート中の水分を電解質として使用することを特徴とする電池。
【請求項２】
該電池容器の少なくとも一つの面にフレッシュコンクリート中の水分が浸透し得る少なくとも一個以上の穴を設けたことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記電池容器の少なくとも一つの面に設けた穴が水分に触れると溶解するシール材により封止されていることを特徴とする請求項２記載の電池。
【請求項４】
該正極材が少なくとも二酸化マンガンを含み、該負極材が少なくとも亜鉛を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項５】
コンクリート中のセンサ素子から送信される無線信号により、該コンクリートの充填状態を測定するコンクリート充填確認方法において、フレッシュコンクリート中の水分を電解質として使用する電池をセンサと制御回路と共に組み込み、該フレッシュコンクリート中に浸漬した時、前記フレッシュコンクリート中の水分に触れ封止されているシール材が溶解して電池容器側面の穴を水分が透過し、起電力が発生して該センサ素子から無線信号が送信され、その信号によりコンクリートの充填状態を測定することを特徴とするコンクリートの充填確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンクリートを打設する工事現場などで、センサや測定器を作動させるための電源を得るためにフレッシュコンクリート中のアルカリ物質を電解質に用いた電池を使用して、コンクリートの充填状態や物性を検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばトンネル覆工、逆打ち工法、場所打ち杭などのコンクリート天端確認、永久型枠のコンクリートの充填状態を確認するため、種々の測定機器を用いて測定している。充填状態を測定するためには、電気抵抗を測定したり、温度を測定したり、又は電磁波、放射線や音波を利用して測定している。電気抵抗を測定する方法は、コンクリートの充填位置に電極を配置して電極間に電流を流し電気抵抗を測定するため、電極間の寸法精度、ケーブルの長さ、被覆の絶縁状態、最適な測定周波数などで抵抗値が変化し、測定精度を高く保つことが難しい。
【０００３】
「特許文献１」には、例えば、コンクリートのようなアルカリ性物質内に配置すると起電力が発生する異種材料の一対の電極に引き出し線を付して型枠内の所定位置に配置し、引き出し線間の電圧を測定し、型枠内に充填するアルカリ性物質の量を管理する、充填管理方法、又は、セメント内に配置すると起電力が発生する異種材料の一対の電極に引き出し線を付して配置し、引き出し線間に電圧計を接続し、電圧計で測定された電圧が所定値内に入ると、セメントが一対の電極間に充填していると判定する、充填判定装置が記載されている。
【０００４】
上記のようなコンクリートの充填状態を検知するセンサは有線式であり、大きな構造物に多数のセンサを設置するとそのケーブルの処理や断線などの問題が発生する。実際、「特許文献１」では、コンクリートの充填状態の判定法で有線方式を採用している。そこで、センサを無線式にしようとすると無線送信のための電源や電池が必要になる。しかし、この電池はセンサが使用されるまでのあいだ長期保存されると自己放電による容量の減少や、廃棄の際の環境への影響が懸念される。
【特許文献１】特開平９−１９６８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、コンクリートの充填や物性を検知するセンサや測定器を作動させるための電源を得るために電解質としてコンクリートを使用した電池を用いることで、未使用期間が長くても性能が安定して環境を汚染しない保守管理が簡単な電池及びそれを用いたコンクリートの高精度な充填確認方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、下記の手段により前記の課題を解決した。
（１）少なくとも、正極材、負極材、電解質、正極材と負極材を隔てるセパレータを収容する電池容器からなる電池において、フレッシュコンクリート中の水分を電解質として使用することを特徴とする電池。
（２）該電池容器の少なくとも一つの面にフレッシュコンクリート中の水分が浸透し得る少なくとも一個以上の穴を設けたことを特徴とする前記（１）記載の電池。
（３）前記電池容器の少なくとも一つの面に設けた穴が水分に触れると溶解するシール材により封止されていることを特徴とする前記（２）記載の電池。
（４）該正極材が少なくとも二酸化マンガンを含み、該負極材が少なくとも亜鉛を含むことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の電池。
（５）コンクリート中のセンサ素子から送信される無線信号により、該コンクリートの充填状態を測定するコンクリート充填確認方法において、フレッシュコンクリート中の水分を電解質や負極材料として使用する電池をセンサと制御回路と共に組み込み、該フレッシュコンクリート中に浸漬した時、前記フレッシュコンクリート中の水分に触れ封止されているシール材が溶解して電池容器側面の穴を水分が透過し、起電力が発生して該センサ素子から無線信号が送信され、その信号によりコンクリートの充填状態を測定することを特徴とするコンクリートの充填確認方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では従来のような電極と電解質を持った電池(乾電池)ではなく、正極及び負極になる材料と電極のみを持ち、電解質はフレッシュコンクリートを用いることによって電池が構成され、凝結する前のフレッシュコンクリート自身のアルカリ性の水分を電解質として利用できるので、正極材及び負極材とそれぞれを隔ててなおかつ電解質を吸収する機能を持ったセパレータを有する構造にすることが可能であり、電池の構造は従来の電池を入れていたスペースに収納することができる。
【０００８】
本発明によれば、上記構造によりフレッシュコンクリートに接すると、セパレータにフレッシュコンクリート中のアルカリ性の水分が吸収されて電解質として機能し、正極材及び負極材の間でイオンの交換が行われて初めて電池として作動し、起電力が発生する。
更に、本発明の電池ではフレッシュコンクリート中に浸たるまでは電池として機能しないため、長期間の保存でも自己放電などの容量減少が起こらない。また、本発明の電池の起電力は正極材と負極材の組み合わせで決まり、正極材と負極材の間隔に影響されないので、電池の製造管理が容易である。更に、本発明で使用するセンサ素子は無線方式で信号を発信するので、長い引き出し線を敷く必要がなく、中継器を設けなくてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明を図面を用いて詳細に説明する。
本発明の電池は、図１に示すように、容器１（電池缶）の内部の向かい合った面に正極材２と負極材３、及び電極１３を置き、その間に電解質となるフレッシュコンクリート４の水分を吸収するためのセパレータ５を置く。容器の側面にはフレッシュコンクリート４の水分が浸透しやすいように穴６を開けておく。この穴６はアルカリ性の水分によって溶ける封止シール７によって封止しておけば、より未使用時の保存性がよくなる。なお、前記の穴６は容器に少なくとも一つの面に設けることができ、側面でなく底面でもよいが、正極材２及び負極材３が設けられている面ではなく、両者の間にある面の方が好適である。
【００１０】
本発明の実施態様として、正極材２に二酸化マンガンとカーボンの混合物、負極材３に亜鉛粉末を用いてセパレータはアルカリに腐食されない繊維や高分子ポリマーなどの水溶液を吸収しやすいものを使用する。この電池がフレッシュコンクリート中に置かれると、容器の穴６から内部のセパレータ５にフレッシュコンクリート４のアルカリ性の水分が浸透してこれを電解質とし電池として機能する。正極材と負極材は電解質との反応性や耐久性、価格などを考慮して適宣選択する。さらに、正極及び負極の材料によっては減極材なども使用する。また、電極には、例えば、銅や黄銅の板か箔、又は、それらにニッケル等のメッキを施したものを用いる。なお、使用する物質は環境への負荷を考慮することは言うまでもない。
【００１１】
本発明の電池容器は円筒状であっても、角形であっても差し支えないが、電池容器の側面にアルカリ性の水分が浸透する穴を設けるためには、角形の方が製造工程上再現性がよい。容器の材料は特に限定されないが、使用可能な材質としてはガラス、防水加工を施した紙、ナイロン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、アセタール樹脂、フェノール樹脂、セルロース、セルロースエステルあるいはゴムなどの有機レジン等を列挙することができる。いずれの材質の容器を選択するかは、コンクリートを打設する際に工事業者の裁量で決定すればよい。
【００１２】
本発明の電池にとって重要な構成要素は電池容器側面の穴がアルカリ性の水分に触れると溶解するシール材により封止されていることである。アルカリ可溶性シール材はｐＨがアルカリ性で溶解するシール材であればどのような材質のシール材でも使用することができる。例えば、カルシウム、アルミニウム、鉄、珪素の酸化物等のアルカリ可溶性酸化物、アルカリ可溶性の脂肪酸及び有機酸、あるいはカルボキシル基、スルホン酸基等の置換基を有するアルカリ可溶性の樹脂等を挙げることができる。これらの材料を粉末又はシート状に加工して電池容器側面の穴を封止すれば、容器側面の穴を簡単に水不透過性にすることができる。
【００１３】
本発明に使用する電池の負極及び正極となる材料としては、フレッシュコンクリートのアルカリ性の水分で起電力が発生する一対の正極材、負極材であれば、どのような組み合わせの材料でも使用することができるが、アルカリ環境下で安定した酸化還元電位を示す正極材、負極材の組み合わせを選択することが好ましい。一方の負極の材料として、例えば、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、又はそれらの合金を含むものが使用できる。又、他方の正極の材料としては、例えば、二酸化マンガン、ステンレス、カーボン、鉄、ニッケル、スズ、鉛、銅、銀、白金、又はそれらの合金を含む材料が使用できるが、鉄は錆が発生するので電池の品質管理上欠点がある。
【００１４】
本発明に使用する電池の正極材、負極材の形状は棒状、シート状のいずれでもよいが、シート状部材の方が表面積を大きくできるので有利である。又、正極材、負極材間の距離は０．１〜１０ｍｍであれば正極材、負極材の組み合わせにより一定圧の起電力が発生し、センサ素子を正常に作動させることができる。
【００１５】
本発明の電池に使用できるセパレータは、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜であれば良く、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ガラス繊維、アルミナ繊維が用いられ、形態として、不織布、織布、微孔性フィルムを選択することができる。特に、材質として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレンとポリエチレンの混合体、ポリプロピレンとポリテトラフルオロエチレンの混合体、ポリエチレンとポリテトラフルオロエチレンの混合体が好ましく、形態として微孔性フィルムであるものが好ましい。孔径は通常の電池で用いられている程度の１〜１０μｍの微孔性フィルムを使用することができる。これらの微孔性フィルムは単独の膜であっても、微孔の形状や密度等や材質等の性質の異なる２層以上からなる複合フィルムであっても良い。例えば、ポリエチレンフィルムとポリプロピレンフィルムを張り合わせた複合フィルムを挙げることができる。更に、他の透水性材料を重ねて使用しても差し支えない。微孔性フィルムでなくても正極材、負極材の間隔を確実に確保できるような非導電性の材料であれば使用に耐える。セパレータの厚みは本発明の電池の正極材、負極材間距離に応じて決めることが好ましい。
円筒状の電池容器を使用する場合は、シート状の一対の正極材、負極材をシート状のセパレータに巻き回して容器に収納してもよい。
【実施例】
【００１６】
以下において、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲は本実施例により限定されるものではない。
図２に示したような、型枠内のコンクリートの充填を検知するセンサ８と制御回路９の下部に本発明の電池を組み込み、全体として無線方式のセンサ素子１０を構成した。センサ素子１０は図１に示される電池のリード線で電気的に接続され、発信装置を構成する。制御回路はコンクリートを検出すると無線にて離れた場所の受信装置に信号を送信する。このセンサ素子は無線方式のため型枠や鉄筋に取り付けた際も後の作業の邪魔にならない。さらに、本発明の電池はフレッシュコンクリートに接するまでは電池として機能しないため、予想通り保守管理が楽で保存性に優れていた。
本発明が利用するフレッシュコンクリートのアルカリ性の水分はｐＨ値が１０〜１２とアルカリ度が強いため、電池の部分は直径３０ｍｍ程度でも十分な電力が供給できるので、装置の小型化が可能である。
【００１７】
そして、正極材２に二酸化マンガンとカーボンの混合物、負極材３に亜鉛粉末を用い、セパレータは微孔性ポリテトラフルオロエチレンを用いて角形の容器側面に複数の直径が１０μｍの穴を設け電池を作成した。前記構造の電池をフレッシュコンクリート中に接すると、セパレータにフレッシュコンクリート中のアルカリ性の水分が吸収されて電解質として機能し、起電力を発生した。この例では、電池部が高さ１５ｍｍ、直径３０ｍｍの円盤状であり、その上に高さ１５ｍｍの同形のセンサ８−制御回路９を収めた容器を載せて一体化して、高さ３０ｍｍのセンサ素子１０を形成した。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
視認が不可能な工事、例えば、トンネル覆工、逆打ち工法、場所打ち杭などのコンクリート天端確認、永久型枠のコンクリートの充填確認などコンクリートを打設する工事現場で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】フレッシュコンクリート中の水分を電解質として用いた本発明の電池の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の電池をセンサと制御回路とともに組み込んだセンサ素子を、フレッシュコンクリート中に浸漬した本発明の一態様を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  電池容器
２  正極材
３  負極材
４  フレッシュコンクリート
５  セパレータ
６  穴
７  封止シール
８  センサ
９  制御回路
１０  センサ素子
１１  リード線
１２  電池部
１３  電極
【図１】
2007263735.tif 000003
【図２】
2007263735.tif 000004