WO2017149764A1 - 熱電変換モジュール、センサモジュール及び情報処理システム - Google Patents

熱電変換モジュール、センサモジュール及び情報処理システム Download PDF

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WO2017149764A1
WO2017149764A1 PCT/JP2016/056815 JP2016056815W WO2017149764A1 WO 2017149764 A1 WO2017149764 A1 WO 2017149764A1 JP 2016056815 W JP2016056815 W JP 2016056815W WO 2017149764 A1 WO2017149764 A1 WO 2017149764A1
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WO
WIPO (PCT)
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thermoelectric conversion
heat
storage material
heat storage
container
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Application number
PCT/JP2016/056815
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English (en)
French (fr)
Inventor
中川　香苗
鈴木　貴志
Original Assignee
富士通株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means

Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric conversion module, a sensor module, and an information processing system.
  • thermoelectric conversion elements that can generate power if there is a temperature difference
  • environmental power generation there is one that causes a temperature difference in a thermoelectric conversion element using a change in temperature of a heat source with time.
  • a heat source is brought into contact with one surface of the thermoelectric conversion element, and a heat storage material is brought into contact with the other surface.
  • a temperature difference will generate
  • thermoelectric conversion element since the heat storage material has a very low thermal conductivity, just contacting the heat storage material with the thermoelectric conversion element will cause only the heat storage material adjacent to the thermoelectric conversion element to repeat melting and solidification, and the thermoelectric conversion element Therefore, it is difficult to extract the performance of the heat storage material as a whole because heat is not transferred to the heat storage material at a distance from the heat storage material. In view of this, some fins brought into contact with the thermoelectric conversion elements are inserted into the heat storage material to improve the efficiency of heat conduction to the heat storage material.
  • the heat storage material has low thermal conductivity and poor fluidity, and therefore the melting of the heat storage material starts from around the fin (near the surface). And before melting
  • the temperature difference that can be generated in the thermoelectric conversion element substantially corresponding to the difference between the temperature of the heat source and the temperature of the heat storage material is reduced. Only the amount of power generation that is considerably less than the amount can be obtained.
  • thermoelectric conversion element it is desirable to increase the amount of power generation by increasing the temperature difference that can be generated in the thermoelectric conversion element by dispersing the heat transmitted to the heat storage material around the fins.
  • thermoelectric conversion module is thermally connected to one side of the thermoelectric conversion element, the container, the heat storage material provided in the container, and the thermoelectric conversion element, and has a higher thermal conductivity than the container. , Extending in the direction away from the thermoelectric conversion element in the container, fins that are put in the heat storage material, and provided in the heat storage material, extending in a direction intersecting the direction in which the fins extend, And a heat conductive sheet having a higher thermal conductivity than the heat storage material.
  • a sensor module is provided with a sensor and the above-mentioned thermoelectric conversion module electrically connected to the sensor.
  • an information processing system includes the above-described sensor module and a computer that processes data obtained by the sensor module.
  • thermoelectric conversion module As one aspect, according to the thermoelectric conversion module, the sensor module, and the information processing system, the temperature difference that can be generated in the thermoelectric conversion element is generated by dispersing the heat transmitted to the heat storage material around the fin. This has the effect of increasing the power generation amount.
  • thermoelectric conversion module concerning a 1st embodiment It is a typical sectional view showing the composition of the thermoelectric conversion module concerning a 1st embodiment.
  • A is a schematic top view which shows the structure of the heat sink with which the thermoelectric conversion module concerning 1st Embodiment is equipped
  • B is the heat conductive sheet with which the thermoelectric conversion module concerning 1st Embodiment is equipped.
  • It is a schematic plan view which shows a structure.
  • sectional drawing which shows the structure of a part of thermoelectric conversion module concerning 1st Embodiment.
  • composition of the thermoelectric conversion module concerning a 1st embodiment It is a typical sectional view showing the composition of the thermoelectric conversion module concerning a 1st embodiment.
  • thermoelectric conversion module (A) is a figure which shows the temperature change of the manhole cover measured from May 22 to May 30, (B) is the figure of the manhole cover measured from February 3 to March 3. It is a figure which shows a temperature change.
  • (A)-(C) are the figures for demonstrating the subject of this invention. It is typical sectional drawing for demonstrating the effect
  • thermoelectric conversion module It is a typical top view which shows the structure of the modification of the heat conductive sheet with which the thermoelectric conversion module concerning 1st Embodiment is equipped. It is a typical top view which shows the structure of the modification of the heat conductive sheet with which the thermoelectric conversion module concerning 1st Embodiment is equipped. It is typical sectional drawing which shows the structure of the modification of the thermoelectric conversion module concerning 1st Embodiment. (A), (B) is typical sectional drawing for demonstrating the effect
  • thermoelectric conversion module a thermoelectric conversion module, a sensor module, and an information processing system according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • thermoelectric conversion module First, the thermoelectric conversion module according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • thermoelectric conversion module is used for power generation using a thermoelectric conversion element that can generate power if there is a temperature difference in environmental power generation.
  • the thermoelectric conversion module of the present embodiment generates a temperature difference on both sides of the thermoelectric conversion element using a heat storage material. As shown in FIG. 1, the thermoelectric conversion element 1, the container 2, the fins 3, The heat conductive sheet 4 and the heat storage material 5 are provided.
  • the thermoelectric conversion element 1 is also referred to as a thermoelectric conversion device, a thermoelectric element, or a thermoelectric device.
  • the thermoelectric conversion module 6 is also referred to as a thermoelectric module, a thermoelectric power generation module, a latent heat utilization thermoelectric power generation module, or a power supply module.
  • the fin 3 is also referred to as a heat radiating fin or a heat radiator.
  • the heat conductive sheet 4 is also called a heat radiator.
  • the thermoelectric conversion element 1 has a structure in which, for example, a p-type thermoelectric material and an n-type thermoelectric material are alternately arranged and connected between two substrates on which wirings are formed.
  • thermoelectric conversion element 1 is provided so that one side may become a heat radiating side and the opposite side of one side may become a heat source side. That is, the fin 3 as a heat radiator is thermally connected to one side of the thermoelectric conversion element 1, and the heat source 8 is thermally connected to the opposite side of the one side.
  • the container 2 is a heat insulating container (for example, a resin container) made of a heat insulating material such as resin.
  • a heat insulating container for example, a resin container
  • the heat storage material 5 put in the container 2 and the outside are insulated.
  • the heat storage material 5 is provided in the container 2.
  • the heat storage material 5 is a latent heat storage material, and for example, an inorganic hydrate salt, an inorganic salt, a metal, water (chemical formula H 2 O: melting point 0 ° C., melting latent heat 336 kJ / kg), an organic compound, or the like is used. be able to.
  • inorganic hydrate salts include calcium chloride hydrate (chemical formula CaCl 2 .6H 2 O: melting point 28.7 ° C., latent heat of fusion 192 kJ / kg), sodium sulfate hydrate (chemical formula Na 2 SO 4 ⁇ 10H 2 O: mp 32.4 ° C., latent heat of fusion 251kJ / kg), sodium thiosulfate hydrate (formula Na 2 S 2 O 4 ⁇ 5H 2 O: mp 48 ° C., latent heat of fusion 197kJ / kg), sodium acetate hydrate (Chemical formula CH 3 COOH ⁇ 3H 2 O: melting point 58 ° C., latent heat of fusion 264 kJ / kg).
  • Examples of inorganic salts include sodium chloride (chemical formula NaCl: melting point 800 ° C., latent heat of fusion 483 kJ / kg).
  • Examples of the metal include aluminum (chemical formula Al: melting point 661 ° C., latent heat of fusion 397 kJ / kg).
  • Examples of organic compounds include paraffin (chemical formula C n H 2n + 2 : melting point ⁇ 30 ° C. to 45 ° C., latent heat of fusion 150 to 250 kJ / kg), erythritol (chemical formula C 4 H 10 O 4 : melting point 118 ° C., latent heat of fusion). 314 kJ / kg).
  • the fin 3 is thermally connected to one side of the thermoelectric conversion element 1, has a higher thermal conductivity than the container 2, extends in a direction away from the thermoelectric conversion element 1 in the container 2, and the heat storage material 5 It is put in.
  • the fin 3 is provided on the base portion 3 ⁇ / b> A so as to protrude from the surface thereof, and the fin 3 and the base portion 3 ⁇ / b> A as a whole are provided in the container 2.
  • the base 3 ⁇ / b> A is not in contact with the heat storage material 5, and the fins 3 are immersed in the heat storage material 5 and thermally connected to the heat storage material 5.
  • the fins 3 serving as heat radiators thermally connected to the thermoelectric conversion element 1 is immersed in the heat storage material 5.
  • the fin 3 and the base portion 3A are made of a material having high thermal conductivity such as metal.
  • the fin 3 and the base portion 3A are made of aluminum.
  • the fin 3 includes a pin.
  • the fins 3 and the base portion 3A are collectively referred to as a heat sink 3X.
  • the heat conductive sheet 4 has a higher thermal conductivity than the heat storage material 5 and is provided in the heat storage material 5. That is, the heat conductive sheet 4 is a high heat conductive sheet made of a material having a higher thermal conductivity than the heat storage material 5.
  • the heat conductive sheet 4 includes an opening, extends in a direction intersecting with the direction in which the fin 3 extends in a state where the fin 3 is inserted into the opening, and stores heat around the fin 3 (near the surface). It is thermally connected to the material 5.
  • the heat conduction is performed as shown in FIG.
  • the hole 4X as an opening may be provided in the adhesive sheet 4.
  • the heat conductive sheet 4 is extended in the direction (here orthogonal direction) which cross
  • the heat storage sheet 5 may be provided so that the heat conductive sheet 4 is thermally connected to the heat storage material 5 around the fins 3.
  • the heat conductive sheet 4 is preferably provided so as not to contact the fins 3 as shown in FIG. 3. That is, it is preferable that the fin 3 inserted into the opening of the heat conductive sheet 4 is not thermally connected to the heat conductive sheet 4. Thereby, it is possible to disperse the heat remaining in the heat storage material 5 around the fin 3 without transferring heat from the fin 3 to the heat conductive sheet 4.
  • the heat conductive sheets 4 at intervals along the direction in which the fins 3 extend. Accordingly, the heat remaining in the heat storage material 5 around the fin 3 is dispersed over the entire length in the direction in which the fin 3 extends, the temperature of the heat storage material 5 is made uniform, and the temperature of the heat storage material 5 around the fin 3 Can be kept at the melting point.
  • the heat conductive sheet 4 should just be provided at least one.
  • a graphite sheet is used as the heat conductive sheet 4 having a higher thermal conductivity than the heat storage material 5.
  • a graphite sheet is used for the heat conductive sheet 4, but the present invention is not limited to this, and any material having higher heat conductivity than the heat storage material 5 may be used.
  • a metal sheet such as a silver sheet, a copper sheet, or an aluminum sheet may be used for the heat conductive sheet 4.
  • a ceramic sheet such as alumina may be used for the heat conductive sheet 4.
  • the material of the heat conductive sheet 4 can be a metal such as graphite, silver, copper, or aluminum, or a ceramic such as alumina.
  • a heat transfer member 7 provided in the container 2 and having a higher thermal conductivity than the container 2 is further provided.
  • the heat transfer member 7 is made of a material having high thermal conductivity such as metal.
  • the thermoelectric conversion element 1 is provided in the container 2, and the side opposite to one side, that is, the side opposite to the side where the fins 3 are thermally connected is thermally connected to the heat transfer member 7. ing.
  • the heat transfer member 7 is also referred to as a heat transfer component.
  • a heat transfer member 7 is provided in the opening of the container 2, and the heat transfer member 7 is thermally connected to an external heat source 8, and heat from the heat source 8 outside the container is transferred to the heat transfer member. 7 is transmitted to the thermoelectric conversion element 1 through the thermoelectric conversion element 1, is transmitted to the fin 3 through the thermoelectric conversion element 1, is radiated from the fin 3 to the heat storage material 5, and is transmitted to the heat storage material 5 around the fin 3 by the heat conductive sheet 4. Heat is dispersed.
  • a substrate 10 having an opening 10 ⁇ / b> A and on which an electronic component 9 is mounted is provided.
  • the thermoelectric conversion element 1 is provided in the opening 10 ⁇ / b> A of the substrate 10 and is electrically connected to the substrate 10.
  • the substrate 10 is connected to the external connection terminal 11.
  • the substrate 10 is also referred to as a circuit board.
  • a thermally conductive sheet that extends in a direction intersecting the direction in which the fins 3 extend. 4 is provided.
  • heat can be transmitted from the heat source 8 to the heat storage material 5 through the fins 3, and further, the heat transmitted to the heat storage material 5 around the fins 3 can be dispersed by the heat conductive sheet 4.
  • Heat can be transmitted not only to the heat storage material 5 around the fin 3 (near the surface) but also to the heat storage material 5 at a location away from the periphery of the fin 3, and the temperature of the heat storage material 5 is made uniform. It becomes possible.
  • the thermal conductivity The sheet 4 transmits the temperature of the heat storage material 5 in the vicinity of the surface of the fin 3 to the heat storage material 5 in a location away from the surface of the fin 3, so that T ⁇ T ′ and the temperature of the heat storage material 5 is made uniform. Can be achieved.
  • the power generation amount (power generation amount) can be increased. That is, by using the heat conductive sheet 4 in addition to the fins 3, compared to the case of using only the fins 3, even if the amount of heat transferred to the heat storage material 5 is the same, the heat is more efficiently dispersed, The heat storage material 5 will melt more uniformly. That is, the latent heat utilization efficiency of the heat storage material 5 is increased. As a result, sensible heat, that is, the temperature of the heat storage material rises to a temperature equal to or higher than the melting point due to sensible heat, a temperature difference is secured, and a larger amount of power generation can be obtained from the thermoelectric conversion element 1. It will be.
  • the heat remaining only around the fins 3 can be efficiently obtained without increasing the weight.
  • the utilization of latent heat can be improved and the amount of power generated by the thermoelectric conversion element 1 can be increased.
  • the heat remaining only around the fins 3 can be efficiently dispersed over the entire length of the fins 3.
  • heat can be dispersed throughout the heat storage material 5, the utilization rate of latent heat can be further improved, and the amount of power generated by the thermoelectric conversion element 1 is increased.
  • thermoelectric conversion element 1 it is possible to generate electricity day and night using the thermoelectric conversion element 1 in an environment where the temperature difference is reversed between one side and the other side of the structure, such as a manhole. It becomes.
  • the temperature of the manhole cover varies from season to season, but when viewed in units of one week to one month, the temperature fluctuates with substantially the same amplitude.
  • the difference between the maximum and minimum values is quite large at 25-30 ° C in summer and 15-20 ° C in winter.
  • FIG. 5 (A) shows the temperature change of the manhole cover measured from May 22 to May 30, and FIG. 5 (B) shows the change from February 3 to March 3. The measured temperature change of the manhole cover is shown.
  • the manhole cover that repeats such a periodic temperature change is a heat source
  • a heat storage material that has a melting point at the center of the maximum and minimum values of the periodic temperature change of the manhole cover the melting and solidification is repeated every day, and the latent heat amount of the heat storage material Can be used to the maximum.
  • thermoelectric power generation using the temperature of the manhole cover power generation using the temperature difference between the temperature of the manhole cover and the temperature in the manhole can be considered, but in the case of power generation using only a heat sink without using a heat storage material, The temperature difference generated in the conversion element is much smaller than the temperature difference between the temperature of the manhole cover and the temperature in the manhole. For this reason, only a small amount of power generation can be obtained.
  • the temperature difference generated in the thermoelectric conversion element becomes the temperature difference between the temperature of the manhole cover and the temperature of the heat storage material, and the temperature difference becomes large. Obtainable. For example, it is possible to obtain a necessary and sufficient amount of power generation for a manhole sensor assuming data transmission by wireless communication. In addition, a large amount of power generation can be obtained without deterioration over time.
  • thermoelectric conversion element is mainly composed of a plurality of p-type thermoelectric semiconductors and n-type thermoelectric semiconductors, and has a function of directly converting heat energy into electric energy and electric energy into heat energy.
  • a temperature difference is given to both sides of the thermoelectric conversion element, a voltage is generated by the Seebeck effect.
  • a thermoelectric generator is one that takes out this voltage as electric energy.
  • thermoelectric power generators enable direct energy conversion from thermal energy to electrical energy, and are attracting attention as an effective method of using thermal energy as represented by waste heat utilization.
  • column-shaped p-type thermoelectric semiconductors and n-type thermoelectric semiconductors are paired at both ends to form thermocouples, and a plurality of these thermocouples are arranged in a plane to form p-type thermoelectric elements.
  • the semiconductor and the n-type thermoelectric semiconductor are alternately arranged in a regular manner, and the thermocouple is electrically connected in series.
  • the wiring for electrical connection is formed by two substrates made of, for example, Si or a ceramic material, and this substrate is a thickness of a p-type thermoelectric semiconductor / n-type thermoelectric semiconductor and an electrode for connecting them. It has a structure facing each other with a gap of minutes.
  • a temperature difference is generated in the thermoelectric semiconductor pair by bringing one substrate into contact with a heat source (heat source) and radiating heat from the other substrate.
  • a heat dissipation component is attached to the substrate on the heat dissipation side.
  • thermoelectric conversion element In the case of natural air cooling, it is common to use a heat sink that is anodized (anodized) on aluminum and has an aluminum oxide film formed on the surface as a heat dissipation component. Power generation by a thermoelectric conversion element can be generated anywhere where there is a temperature difference, but since it depends on the temperature that occurs naturally, it is left to nature. For example, when concrete or metal that is heated by solar heat is selected as the heat source and a thermoelectric conversion element is attached to it, heat from the heat source is radiated to the atmosphere via a heat sink, causing a temperature difference in the thermoelectric conversion element. To generate electricity.
  • thermoelectric conversion module even if the surface area of the fins of the heat sink is increased, it is difficult to make the side of the thermoelectric conversion element on which the heat sink is provided the same as the outside air temperature. For this reason, the temperature difference which arises between the upper and lower surfaces of a thermoelectric conversion element becomes smaller than the temperature difference of external temperature and a high temperature heat source. Therefore, the amount of power generation that can be generated by the thermoelectric conversion module is also reduced.
  • thermoelectric conversion modules cause a temperature difference in the thermoelectric conversion element by utilizing the change over time of the temperature of the heat source.
  • a heat source is brought into contact with one surface of the thermoelectric conversion element, and a heat storage material is brought into contact with the other surface.
  • the temperature of the heat source used in this case is not constant, and one whose temperature changes with time is used.
  • a motor or boiler that repeatedly operates and pauses is used as the heat source.
  • what is left outside using the temperature change between daytime and nighttime for example, the outer wall of a building, the rooftop, the engine or the exterior of a vehicle such as an automobile, etc. is used as a heat source.
  • the heat storage materials are organic and inorganic materials, respectively, but generally used are saturated hydrocarbon organic materials that are relatively easy to handle. Melting points vary from -30 ° C to 40 ° C, and are used for air cooling, and are also being considered for building materials. Further, the heat storage material has a property of maintaining a constant temperature by causing a phase change of the material. For this reason, when the temperature of the heat source changes with time, a temperature difference occurs with the heat storage material, and the thermoelectric conversion element generates power according to this temperature difference.
  • thermoelectric conversion element it is necessary to estimate the amount of heat flowing into the thermoelectric conversion element with time change of the temperature of the heat source, the amount of heat flowing out from the thermoelectric conversion element, and these heat amounts are smaller than the latent heat amount of the heat storage material, This is a condition that always generates a temperature difference between the upper and lower surfaces of the thermoelectric conversion element.
  • the heat storage material is melted (melted) by the heat transmitted from the heat source through the thermoelectric conversion element, but all the heat storage materials have a property of maintaining a constant temperature until the heat storage material is completely melted.
  • thermoelectric conversion module when it is considered that heat exchange with other than the heat source can be ignored in the entire thermoelectric conversion module, the integral value of the heat amount flowing from the heat source to the heat storage material via the thermoelectric conversion element reaches the latent heat amount of the heat storage material. Then all the heat storage material melts. Therefore, if the amount of latent heat of the heat storage material is exceeded, the heat storage material is completely melted, and it becomes difficult to cause a temperature difference between the upper and lower surfaces of the thermoelectric conversion element.
  • thermoelectric conversion module In this type of thermoelectric conversion module, a temperature difference is generated between the upper and lower surfaces of the thermoelectric conversion element using heat conduction between the heat storage material and the thermoelectric conversion element or between the heat source surface and the thermoelectric conversion element. Let For this reason, a temperature difference can be reliably generated compared with the thermoelectric conversion module of the type using heat transfer with outside air.
  • a heat storage material has extremely low thermal conductivity, and a typical value is 0.1 W / mK to 0.5 W / mK. For this reason, only by making the heat storage material contact the thermoelectric conversion element, only the heat storage material portion adjacent to the thermoelectric conversion element repeats melting and solidification. As a result, heat is not transmitted to the heat storage material at a distance from the thermoelectric conversion element, and it is difficult to draw out the performance of the heat storage material as a whole.
  • the fin 3 of the metal heat sink 3X having the fins 3 and the base portion 3A is inserted into the heat storage material 5 so as to be connected to the heat storage material 5.
  • the fin 3 is brought into contact with the thermoelectric conversion element 1 and a plurality of fins 3 are inserted in parallel in the heat storage material 5. More specifically, each fin 3 is inserted into the heat storage material 5 from above the heat storage material 5 to a predetermined depth. By inserting the fins 3 into the heat storage material 5 in this way, the portion where the heat storage material 5 is melted advances from the upper surface side along the fins 3 to the lower side. Thereby, the heat storage material 5 is easily melted in a wider area.
  • the temperature of the heat storage material 5 is maintained at the melting point by using latent heat until all the melting is completed, and a large electric power using the temperature difference ( ⁇ T) between the melting point and the heat source is applied.
  • the obtained power generation should be possible, for example, as shown in FIG. 6B, the temperature of the heat storage material 5 rises from the periphery of the fins 3 (near the surface), so the temperature difference ( ⁇ T) from the heat source is The power generation becomes smaller, and only a considerably reduced power generation can be obtained from the expected power generation. For example, compared with the power generation amount expected to be obtained when the latent heat amount of the heat storage material 5 is used 100%, the power generation amount actually obtained is as low as about 30 to 40%.
  • the heat conductive sheet 4 is provided in order to increase the power generation amount and increase the power generation amount.
  • a thermally conductive sheet 4 that extends in a direction intersecting the direction in which the fins 3 extend is provided. For this reason, as shown in FIG. 7, heat from the heat source 8 is dispersed and transmitted to the heat storage material 5 as compared with the case where only the fins 3 are provided [see FIG. 6A]. .
  • the heat conductive sheet 4 in addition to the fins 3, the heat from the heat source 8 is efficiently dispersed as compared with the case in which only the fins 3 are provided [see FIG. 6A].
  • the heat storage material 5 can be melted more uniformly. As a result, the temperature of the heat storage material 5 rises to a temperature equal to or higher than the melting point due to sensible heat, a temperature difference is ensured, and a larger amount of power generation can be obtained from the thermoelectric conversion element 1.
  • the base portion 3A of the heat sink 3X is closest to the heat source 8 and has a volume, more heat is stored.
  • the base portion 3A is in contact with the heat storage material 5, first, the base portion 3A Melting starts from the heat storage material 5 that is in contact, and it soon becomes sensible and turns to a temperature rise.
  • the clearance gap is provided so that 3 A of base parts and the thermal storage material 5 may not contact
  • thermoelectric conversion module the heat transmitted to the heat storage material 5 around the fin 3 is dispersed, and the temperature difference that can be generated in the thermoelectric conversion element 1 is increased.
  • the amount of power generation can be increased. That is, since heat from the thermoelectric conversion element 1 can be dispersed and dissipated in the heat storage material 5, the temperature difference becomes larger than that having only the heat sink 3X, and the power generation amount can be increased. Efficient power generation can be realized.
  • the change in melting and solidification of the heat storage material 5 proceeds uniformly, it is possible to realize high performance of the thermoelectric conversion module 6.
  • the container 2 is provided with the heat transfer member 7, the thermoelectric conversion element 1 is provided in the container 2, and the opposite side of one side is thermally connected to the heat transfer member 7.
  • the thermoelectric conversion element 1 is provided outside the container 2, and the opposite side of one side is the heat transfer. You may make it connect with the member 7 thermally. That is, the heat transfer member 7 and the thermoelectric conversion element 1 may be provided outside the container 2, and the fins 3 and the heat conductive sheet 4 may be inserted and immersed in the heat storage material 5 contained in the container 2. .
  • the base 3 ⁇ / b> A of the heat sink 3 ⁇ / b> X is provided outside the container 2.
  • substrate 10 with which the thermoelectric conversion element 1 is provided is also provided outside the container 2, it is preferable to seal with the sealing material 12 so that a space may be formed around the thermoelectric conversion element 1 in this case.
  • sealing may be performed with a sealing material so that a space is formed around the thermoelectric conversion element 1.
  • the first heat transfer member 7 ⁇ / b> X provided in the container 2 (first container) and having a higher thermal conductivity than the container 2, and the second heat transfer provided outside the container 2.
  • the thermoelectric conversion element 1 is provided outside the container 2, and one side is thermally connected to the fin 3 (heat sink 3X) via the first heat transfer member 7X, and one side is provided.
  • the other side may be thermally connected to the second heat transfer member 7. That is, in the above-described embodiment, the thermoelectric conversion element 1 and the heat transfer member 7 are provided outside the container 2, and one side of the thermoelectric conversion element 1 and the fin 3 are thermally connected via the other heat transfer member 7X. You may make it connect to.
  • the first heat transfer member 7 ⁇ / b> X may be provided in the opening 10 ⁇ / b> A of the substrate 10 provided in the container 2, and the thermoelectric conversion element 1 may be electrically connected to the substrate 10 via the connector 13, for example. .
  • the second heat transfer member 7 is thermally connected to the heat source 8.
  • the first heat transfer member 7X is also referred to as a heat dissipation side heat transfer member, and the second heat transfer member 7 is also referred to as a heat source side (heat absorption side) heat transfer member.
  • the heat conductive sheet 4 shall be provided with an opening part, and the heat conductive sheet 4 cross
  • the heat conductive sheet is formed of the heat storage material 5 so as to extend in a direction intersecting the direction in which the fins extend. It only has to be provided inside.
  • a plurality of strip-shaped heat conductive sheets 4 are interposed between the plurality of fins 3.
  • the heat conductive sheet 4 is provided in the heat storage material 5 so as to extend in a direction intersecting the extending direction (for example, a direction orthogonal thereto) so that the heat conductive sheet 4 is thermally connected to the heat storage material 5 around the fins 3.
  • the heat conductive sheet 4 is provided at a plurality of positions at intervals along the direction in which the fins 3 extend.
  • the heat conductive sheet 4 may be disposed so as to extend in one direction, and a plurality of strip-shaped heat conductive sheets 4 may be disposed in other positions so as to extend in another direction orthogonal to the one direction. .
  • a plurality of belt-like heat conductive sheets 4 are inserted between the plurality of fins 3.
  • the heat conductive sheet 4 is thermally connected to the heat storage material 5 around the fins 3 so as to extend in a direction intersecting with the direction in which 3 extends (for example, a direction perpendicular to the direction). You may make it. Also in this case, it is preferable that the heat conductive sheet 4 is provided at a plurality of positions at intervals along the direction in which the fins 3 extend.
  • the heat conductive sheet 4 has a single-layer structure, but is not limited to this, for example, a two-layer structure or a structure having a number of layers higher than that. Also good.
  • the heat conductive sheet 4 is provided on one surface side and is provided on the other surface side with a high heat conductive sheet 4 ⁇ / b> A having a higher thermal conductivity than the heat storage material 5.
  • a low thermal conductivity sheet 4B having a thermal conductivity lower than that of the high thermal conductivity sheet 4A. At least two thermal conductivity sheets 4 are spaced along the direction in which the fins 3 extend.
  • thermal conductive sheets 4 it is preferable to provide at least two thermal conductive sheets 4 such that the high thermal conductive sheet 4A and the low thermal conductive sheet 4B face each other with the heat storage material 5 interposed therebetween.
  • a plurality of thermally conductive sheets 4 are provided.
  • the high thermal conductivity sheet 4A is also referred to as a heat transfer sheet.
  • the low heat conductive sheet 4B is also called a heat insulation sheet.
  • the heat conductive sheet 4 including the high heat conductive sheet 4A and the low heat conductive sheet 4B for example, a sheet obtained by bonding a graphite sheet and a polyimide sheet (resin sheet) may be used.
  • the heat conductive sheet 4 including the high heat conductive sheet 4A and the low heat conductive sheet 4B is not limited to this.
  • a graphite sheet and a resin sheet made of another resin are bonded to each other. It may be a laminate of a graphite sheet and a foam material sheet, or a resin sheet or a foam material sheet with metal plating applied, and a ceramic sheet. It may be a laminate of a resin sheet or a foam material sheet.
  • another layer such as an adhesive layer may be sandwiched between the high thermal conductive sheet 4A and the low thermal conductive sheet 4B.
  • the heat conductive sheet 4 is assumed to have different thermal conductivities on both surfaces, and the adjacent two heat conductive sheets 4 are arranged so that the surfaces having different thermal conductivities face each other, that is, adjacent to each other.
  • the two thermal conductive sheets 4 By arranging the two thermal conductive sheets 4 to be different in the thermal conductivity of the surface that contacts the heat storage material 5 between them, as shown in FIGS. 13 (A) and 13 (B), A temperature difference is generated in the heat storage material 5 between the two adjacent heat conductive sheets 4 and convection is promoted, whereby the heat remaining around the fins 3 can be efficiently dispersed, and further the heat storage It becomes possible to make the temperature of the material 5 uniform.
  • Example 1 In Example 1 and Comparative Example, GKB10 (0.02 V / K, 2.5 ⁇ , 20 K / W) manufactured by YAMAHA was used for the thermoelectric conversion element 1 constituting the thermoelectric conversion module 6, and JX Nippon Airlines was used for the heat storage material 5.
  • the heat storage material 5 is put in the resin container 2, the aluminum heat sink 3X is connected to the thermoelectric conversion element 1, the graphite sheet as the heat conductive sheet 4 is passed through the opening of the fin 3 of the aluminum heat sink 3X, and about 3 12 pieces were set at equal intervals of 5 mm pitch, and the fins 3 on which these graphite sheets 4 were set were immersed in the heat storage material 5.
  • the size of the opening is larger than that of the fin 3
  • the heat storage material 5 is interposed between the surface of the fin 3 and the wall surface of the opening of the graphite sheet 4, and the fin 3 and the graphite sheet 4. And no thermal contact.
  • the thermoelectric conversion module 6 of the first embodiment (see, for example, FIG. 1) is connected to an aluminum member as the heat transfer member 7 attached to the resin container 2 by connecting the opposite side of one side of the thermoelectric conversion element 1. Was made.
  • thermoelectric conversion module of the comparative example is obtained by partially immersing the 3X fins 3 and connecting one side of the thermoelectric conversion element 1 to the aluminum member as the heat transfer member 7 attached to the resin container 2. (See, for example, FIG. 6A).
  • thermoelectric conversion element 1 was heated by a heater through an aluminum member as the heat transfer member 7.
  • the heating profile of this heater heating was a typical manhole temperature profile showing the daily temperature change of the manhole cover in Tokyo in spring and autumn.
  • the minimum temperature (MIN) is 15 ° C.
  • the maximum temperature (MAX) is 45 ° C.
  • the temperature difference ⁇ T 30 ° C.
  • the average temperature is 20 ° C.
  • the solid line A indicates the change in the output voltage (open voltage; ⁇ T in the thermoelectric conversion element) in the case of the thermoelectric conversion module 6 of the first embodiment
  • the solid line B indicates the comparative example.
  • the change of the output voltage in the case of the thermoelectric conversion module is shown
  • the solid line C shows the change in the manhole temperature profile, that is, the heater temperature
  • the solid line D shows the case of the thermoelectric conversion module 6 of Example 2 described later.
  • the change in output voltage is shown.
  • thermoelectric conversion module 6 of the first embodiment As shown by solid lines A and B in FIG. 14, the maximum value of the output voltage is about 0.21 V to about 0. 0 compared with the thermoelectric conversion module of the comparative example. Raised to 32V, the power generation increased by about 28%.
  • the graphite sheet as the heat conductive sheet 4 as in the thermoelectric conversion module 6 of the first embodiment, the heat diffusion of the heat storage material 5 around the fins 3 is promoted, and the power generation amount is reduced. It was confirmed that it could be increased.
  • Example 2 12 was obtained by bonding a PGS graphite sheet 4A (70 ⁇ m thickness, size 60 ⁇ 60 mm) made by Panasonic to a polyimide sheet 4B (thickness 25 ⁇ m, size 60 ⁇ 60 mm) to the thermally conductive sheet 4.
  • the thermoelectric conversion module 6 (for example, refer FIG. 12) was produced using the sheet. Other than that, it was the same as in Example 1 above.
  • thermoelectric conversion module 6 of the second embodiment as shown by solid lines D and B in FIG. 14, the maximum value of the output voltage is about 0.21 V to about 0. 0 compared with the thermoelectric conversion module of the comparative example. It increased to 39V, and the power generation increased by about 36%.
  • the thermoelectric conversion module 6 of the present Example 2 by providing the graphite sheet 4A as the heat conductive sheet 4 and the polyimide sheet 4B bonded together, the heat storage material 5 around the fins 3 is provided. It was confirmed that the amount of power generation can be further increased by promoting the diffusion of heat and convection.
  • Example 3 KTG 5066A00 made by KELK is used for the thermoelectric conversion element 1 constituting the thermoelectric conversion module 6 and Ecojoule TS20 (melting point 36.9 ° C., latent heat of fusion 249 kJ / kg) made by JX Nippon Oil & Energy is used as the heat storage material 5.
  • Alpha heat sink N50-25B pin type heat sink: size 50 ⁇ 50 ⁇ 25mm
  • Panasonic PGS graphite sheet thickness 100 ⁇ m
  • Size 50 ⁇ 50 mm was used and set through the fins 3 in the same manner as in Example 1 described above, an aluminum member was used as the heat transfer member 7, and a resin container was used as the container 2.
  • thermoelectric conversion module 6 of this Example 3 is attached to the drainage pipe of the factory where hot water and cold water circulate alternately, and the data from the temperature / humidity sensor, gas sensor, etc. in the factory is acquired and wirelessly communicated. Used as a power source.
  • the hot water temperature is 80 ° C.
  • the cold water temperature is 20 ° C.
  • the water is alternately discharged every 10 hours for about 10 minutes.
  • a maximum output voltage of 1.2 V is obtained, and a temperature difference between the temperature (melting point) of the heat storage material 5 and the temperature of hot water can be ensured. The amount of power generation was obtained.
  • Example 4 In this Example 4, YAMAHA GKB10 is used as the thermoelectric conversion element 1 constituting the thermoelectric conversion module 6, and Kaneka Passermo F15 (melting point 15.1 ° C., latent heat of fusion 190 kJ / kg) 100 g or JX is used as the heat storage material 5.
  • Kaneka Passermo F15 melting point 15.1 ° C., latent heat of fusion 190 kJ / kg
  • JX JX
  • Ecojoule TS9 melting point: 30 ° C, latent heat of fusion: 184 kJ / kg
  • thermoelectric conversion module 6 of this Example 4 is attached to the back surface of the manhole cover of the sewage pipe installed on the road, and senses the amount of sewage water, the amount of corrosive gas, the temperature in the pipe, and the like for wireless transmission Used as a power source.
  • the temperature of the manhole cover is about 25 to 60 ° C. in summer, about 5 to 60 ° C. in summer, and about 5 to 25 ° C. in winter. Therefore, the above two types of heat storage materials 5 were used as the heat storage materials.
  • thermoelectric conversion module 6 having 200 g of Ecojoule TS9 (melting point: 30 ° C., latent heat of fusion: 184 kJ / kg) manufactured by JX Nippon Oil & Energy is used as the heat storage material 5, and in the winter, manufactured by Kaneka Corporation as the heat storage material 5.
  • the thermoelectric conversion module 6 provided with 100 g of Passamo F15 (melting point 15.1 ° C., latent heat of fusion 190 kJ / kg) was used.
  • thermoelectric conversion module 6 of the fourth embodiment an output voltage of 0.9 V at the maximum in summer and 0.3 V at the maximum in winter are obtained, and the temperature between the temperature (melting point) of the heat storage material 5 and the temperature of the manhole cover. The difference could be secured and sufficient power generation was obtained.
  • Example 5 In Example 5, GKB10 manufactured by YAMAHA was used for the thermoelectric conversion element 1 constituting the thermoelectric conversion module 6, and Ecojoule TS7 (melting point 19.6 ° C., latent heat of fusion 165 kJ / kg) 200 g, an aluminum pin type heat sink (size 65 ⁇ 65 ⁇ 40 mm, pin diameter 2 mm ⁇ , 10 mm pitch) as the heat sink 3X, and PGS graphite sheet (thickness 70 ⁇ m, manufactured by Panasonic) as the heat conductive sheet 4 5 ⁇ 10 sheets obtained by bonding a polyimide sheet (thickness: 25 ⁇ m) to a size of 65 ⁇ 5 mm were used.
  • Ecojoule TS7 melting point 19.6 ° C., latent heat of fusion 165 kJ / kg
  • Ecojoule TS7 melting point 19.6 ° C., latent heat of fusion 165 kJ / kg
  • Ecojoule TS7 melting point 19.6 ° C., latent heat of
  • these graphite sheets + polyimide sheets are parallel to the base portion (bottom plate) of the heat sink 3X by passing them one by one into the gap between the pins as the fins 3 so that five sheets are arranged on one side. Arranged. The sheets arranged on one side were connected with a thread so that the distance from the bottom plate was almost the same. The next 5 sheets were arranged so as to extend in a direction orthogonal to the previously arranged 5 sheets. Thereafter, similarly, the 5 sheets are arranged so as to extend in a direction orthogonal to the immediately preceding 5 sheets, and 5 sheets are arranged at 10 positions with an interval (about 3.6 mm in this case) along the extending direction of the pins. . Thus, the fin 3 which has arrange
  • thermoelectric conversion module 6 of Example 5 the power generation amount increased by about 28% compared to the case of using only the heat sink, and a sufficient power generation amount could be obtained. Moreover, even if one surface was comprised with the some strip
  • the sensor module according to the present embodiment is an integrated module.
  • the integrated module 160 includes a power generation module 161, a power storage module 162, a sensor 163, a controller 164, and a memory 165.
  • the thermoelectric conversion module 6 of the first embodiment described above is applied to the power generation module 161. That is, the power generation module 161 includes the thermoelectric conversion element 1, the container 2, the fins 3, the heat conductive sheet 4, and the heat storage material 5. For this reason, this sensor module is provided with the sensor 163 and the thermoelectric conversion module 6 of the above-mentioned 1st Embodiment electrically connected to the sensor 163 at least.
  • the power storage module 162 is connected to the power generation module 161 and stores power generated by the power generation module 161.
  • the power storage module 162 only needs to have a function of storing electric power.
  • the power generation module 161 and the power storage module 162 constitute a power supply unit 168. Power is supplied to the sensor 163, the controller 164, and the communication circuit 166 from at least one of the power generation module 161 and the power storage module 162 configuring the power supply unit 168. When stable power can be supplied by the power generation module 161, the power storage module 162 may be omitted.
  • the senor 163 for example, a sensor that detects temperature, humidity, pressure, light, sound, electromagnetic waves, acceleration, vibration, gas, fine particles, and the like can be applied. Further, the sensor 163 includes, for example, a distance measuring sensor that measures the distance to the object by emitting infrared rays to the object and receives light reflected from the object, a weight sensor that measures the weight of the object, and A water level sensor that detects data such as a water level can be applied.
  • the controller 164 transmits, for example, various data detected by the sensor 163 to the server 175 via the communication circuit 166 and the antenna 167. For example, the controller 164 may transmit secondary data based on various data detected by the sensor 163 and other data to the server 175. In addition, the controller 164 may calculate secondary data by performing predetermined calculations using various data detected by the sensor 163, and may transmit the secondary data to the server 175.
  • the memory 165 stores various data detected by the sensor 163 and the calculated secondary data according to instructions from the controller 164. The stored information is read by a command from the controller 164.
  • the communication circuit 166 and the antenna 167 constitute a communication unit 169.
  • the communication unit 169 transmits and receives data between the controller 164 and a server 175 (not shown). In the example illustrated in FIG. 15, wireless communication using the antenna 167 is employed, but wired communication may be employed instead of wireless communication.
  • the integrated module 160 described above is applied to an information processing system 170 according to the present embodiment, for example, as shown in FIG.
  • the information processing system 170 includes a plurality of integrated modules 160 and a server 175. That is, the information processing system 170 includes the above-described integrated module (sensor module) 160 and a server (computer) 175 that processes data obtained by the integrated module 160.
  • the information processing system 170 is a system that processes information obtained from the manhole 176.
  • the plurality of integrated modules 160 are installed in the manhole 176.
  • the plurality of integrated modules 160 installed in the plurality of manholes 176 are connected to the server 175 via the network 177.
  • the integrated module 160 may be installed anywhere as long as it is a manhole 176 structure.
  • the integrated module 160 is fixed to a lid 178, a concrete pipe 179, or the like, which is a structure of the manhole 176, according to the detection target of the sensor 163 or the type of the sensor 163.
  • the thermoelectric conversion element provided in the integrated module 160 is thermally connected to the structure of the manhole 176, and generates power by a temperature difference between the structure of the manhole 176 and the temperature of the outside air or the inside of the manhole 176.
  • the information processing system 170 is used to grasp the deterioration of the structure (the lid 178 and the concrete pipe 179) of the manhole 176.
  • the sensor 163 detects the temperature and humidity in the manhole 176, vibration (acceleration) acting on the structure of the manhole 176, and the like, and the data detected by the sensor 163 is accumulated in the memory 165.
  • the controller 164 transmits the data stored in the memory 165 via the communication circuit 166 and the antenna 167.
  • a server 175 provided in the measurement vehicle 180 collects data.
  • the server 175 combines the positional information of the vehicle 180 by GPS (Global Positioning System) and the collected data, and displays the collected data on the map displayed on the in-vehicle monitor. It is possible to estimate the degree of deterioration of the concrete pipe 179 in each manhole 176 from information displaying temperature, humidity, vibration, and the like.
  • a camera 182 that acquires an image of the lid 178 of the manhole 176 is attached to the lower part of the measurement vehicle 180, and deterioration of the lid 178 (iron part) of the manhole 176 is determined by image recognition. You may be able to. Based on this result, the replacement time of the lid 178 of the manhole 176 may be sold as information to the local government.
  • the vehicle for collecting data may be a garbage collection vehicle operated by a local government, for example, instead of a special measurement vehicle. By installing the receiver 181 and the camera 182 at the bottom of the garbage truck, data can be collected periodically without incurring collection costs.
  • the sensor 163 may detect the concentration of gas generated in the manhole 176.
  • An example of the gas generated in the manhole 176 is hydrogen sulfide gas. It is known that the hydrogen sulfide gas generated in the sewer 183 rapidly deteriorates the structure of the manhole 176. The generation of hydrogen sulfide gas is also a cause of complaints for neighboring residents. By using a hydrogen sulfide gas sensor as the sensor 163, the deterioration prediction accuracy of the structure of the manhole 176 can be improved, and residents' complaints can be quickly handled.
  • the sensor 163 may be any sensor that can detect at least one of the temperature, humidity, vibration in the manhole 176, and the concentration of the gas generated in the manhole 176.
  • the humidity in the manhole 176 is always high, and there is a possibility that water from the sewer 183 (or water supply) overflows into the manhole 176.
  • the inside of the manhole 176 has a substantially constant temperature.
  • the lid 178 has a high temperature in summer and a low temperature in winter, and generates hydrogen sulfide gas that dissolves various metals. In such a harsh environment, it is important to protect electronic components such as the sensor 163 and thermoelectric conversion elements and to maintain long-term reliability.
  • the integrated module 160 is configured as an electronic component such as the sensor 163 and a thermoelectric conversion element sealed with resin.
  • the information processing system 170 is used to predict the flow rate of the sewer 183 connected to the manhole 176.
  • the sensor 163 for example, a water level meter or a flow meter is used.
  • the sensor 163 which is a water level meter or a flow meter in the manhole 176, it is possible to grasp the detailed water level and flow rate of the sewer 183.
  • the sensor 163 is incorporated in the integrated module 160, but for example, a sensor control unit that controls the operation of an external sensor may be provided instead of the sensor 163.
  • the sensor control unit may control a sensor (not shown) such as a water level meter or a flow meter arranged in the sewer 183 so as to acquire information detected by the sensor. Information detected by the sensor may be transmitted to the sensor control unit wirelessly.
  • the water level and flow rate of the sewer 183 is detected by the sensor 163 once a day or once an hour, and the data detected by the sensor 163 is transmitted to the server of the data center 184 through a high-speed communication line. Collected in 175. Data of the water level and flow rate of the sewer 183 detected by the sensor 163 may be transmitted simultaneously with the measurement, or transmitted after accumulating data for one day or one week in order to reduce power consumption. You may be made to do. As in the first application example, the measurement vehicle may collect the data.
  • the information processing system 170 capable of continuous data update is useful.
  • the information processing system 170 can also be used to measure the water level and flow rate of the sewer 183 when a localized heavy rain occurs.
  • a local heavy rain in the city it is necessary to measure the water level and flow rate of the sewer 183 and transmit information in units of minutes in order to ensure the safety of workers of the sewer 183 and prevent the sewer 183 from overflowing.
  • data may be collected by limiting to the integrated module 160 installed in a small number of manholes 176 having a relatively low altitude.
  • the power storage module 162 of the integrated module 160 for measuring the water level is sufficiently charged in advance.
  • the controller 164 sequentially transmits data to the server 175 through the communication circuit 166 and the high-speed communication line.
  • the server 175 can alert the received data to a worker or a resident's smartphone or tablet near the flood.
  • a measurement vehicle may be parked on a specific manhole 176, and data may be collected in a server provided in the vehicle by short-range wireless communication.
  • the information processing system 170 is used for manhole 176 security and work history.
  • Sensor 163 detects opening / closing of lid 178 of manhole 176.
  • this sensor 163 for example, an acceleration sensor or an open / close switch is used.
  • the sensor 163 may detect at least one of acceleration generated in the lid 178 of the manhole 176 and an open / closed state of the lid 178 of the manhole 176 in order to detect the opening / closing of the lid 178 of the manhole 176.
  • Data (signal) output from the sensor 163 in response to opening / closing of the lid 178 of the manhole 176 is received by the server 175.
  • this information processing system 170 it is possible to check the security history of the sewer 183 and the like (for example, anti-bomb terrorism) and the work history in the cleaning work of the sewer 183.
  • the information processing system 170 is used to acquire road traffic information.
  • Sensor 163 detects vehicles 185, 186 and 187 passing over manhole 176.
  • this sensor 163 for example, an acceleration sensor, a magnetic sensor, a microphone, or the like is used.
  • a signal corresponding to the number of vehicles passing over the manhole 176 is obtained from the sensor 163.
  • Data (signal) output from the sensor 163 is received by the server 175.
  • traffic jam information can be obtained even on a narrow road or alley that is not measured by the current road traffic information communication system. This makes it possible to provide detailed traffic information.
  • the type of the vehicles 185, 186, 187 passing over the manhole 176 may be detected from the strength of the detection value of the sensor 163.
  • a data set in which the detection value of the sensor 163 is associated with the type of vehicle may be stored in the memory 165 in advance. Then, the controller 164 may determine the vehicle type from the detection value of the sensor 163 and the data set, and transmit the vehicle type information to the server 175. This makes it possible to grasp the type of vehicle passing over the manhole 176.
  • the individual identification information of the vehicles 185, 186, 187 passing over the manhole 176 may be detected by the sensor 163.
  • the characteristics of the vehicle may be obtained by the reaction of the magnetic sensor. That is, for example, each vehicle can be identified by mounting a medium that generates a characteristic magnetism for each vehicle on the vehicle. Analyzing the difference in the flow of cars in the city depending on the type of car leads to urban road control and evaluation, such as planning to guide a specific vehicle to a specific road.
  • the senor 163 may be any sensor that can detect at least one of the number, type, and individual identification information of vehicles passing over the manhole 176.
  • the information processing system 170 is used for measuring rainfall.
  • an X-band radar for weather prediction is used as the sensor 163, for example, an X-band radar for weather prediction.
  • the radio wave of the X-band radar does not reach the tip of the heavy rain area, for example, during heavy rain, and cannot exceed a large object such as a mountain. Also, with current radars, it is often difficult to find and track heavy rain areas that suddenly occur or develop rapidly.
  • High-precision prediction requires high temporal and spatial resolution. Normally, the resolution of X-band radar is 250 m, but by installing sensor 163 in manhole 176 with an average interval of about 30 m, much finer weather observation is possible, and measurement of local torrential rain, etc. It seems to be useful for prediction.
  • Data (signal) output from the sensor 163 is received by the server 175.
  • the dedicated server 175 is used.
  • a general-purpose computer may be used as the server 175.
  • a program for executing the operations performed by the controller 164 and the server 175 may be installed and executed in a general-purpose computer that functions as the server 175.
  • the program may be supplied on a recording medium or downloaded from a network.

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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

　熱電変換モジュール（６）を、熱電変換素子（１）と、容器（２）と、容器内に設けられた蓄熱材（５）と、熱電変換素子の一方の側に熱的に接続され、容器よりも熱伝導率が高く、容器内で熱電変換素子から離れる方向へ延びており、蓄熱材に中に入れられているフィン（３）と、蓄熱材の中に設けられ、フィンが延びている方向に交差する方向に延びており、蓄熱材よりも熱伝導率が高い熱伝導性シート（４）とを備えるものとする。

Description

熱電変換モジュール、センサモジュール及び情報処理システム
　本発明は、熱電変換モジュール、センサモジュール及び情報処理システムに関する。
　例えばセンサーネットワークを構築する場合などに課題となる電源線及び信号線が不要となる、環境発電の利用が有望である。環境発電としては、太陽光発電のほかに、温度差があれば発電できる熱電変換素子を用いた発電が有力である。
　例えば、熱源の温度の経時変化を利用して熱電変換素子に温度差を生じさせるものがある。この場合、熱電変換素子の一方の面に熱源を接触させ、他方の面には蓄熱材を接触させる。そして、熱源の温度が経時的に変化することによって、蓄熱材との間に温度差が発生し、この温度差に応じて熱電変換素子が発電する。
　しかしながら、蓄熱材は極めて熱伝導率が低いため、熱電変換素子に蓄熱材を接触させただけでは、熱電変換素子に隣接する部分の蓄熱材だけが融解・凝固を繰り返すことになり、熱電変換素子から距離が離れた部分の蓄熱材まで熱が伝わらず、蓄熱材全体としての性能を引き出すことが困難である。
　そこで、熱電変換素子に接触させたフィンを、蓄熱材内に挿入することで、蓄熱材への熱伝導の効率化を図ったものがある。
特開２００５－２６９７３８号公報 国際公開第２０１３／０９９９４３号 国際公開第２０１１／１６１１６７号
　しかしながら、フィンを用いて蓄熱材への伝熱を行なう場合、蓄熱材は熱伝導率が低く、流動性に劣るため、蓄熱材の融解は、フィンの周囲（表面近傍）からはじまる。そして、蓄熱材の融解が蓄熱材の全体に及ぶ前に、フィンの周囲で顕熱による温度上昇がはじまってしまう。
　つまり、蓄熱材の全体が融解し終わるまで、潜熱利用によって蓄熱材の温度が融点に維持され、この融点と熱源との温度差を利用して熱電変換素子によって大きな電力を得られるはずである。しかしながら、フィンの周囲から温度上昇がはじまってしまい、熱源の温度と蓄熱材の温度との差にほぼ相当する熱電変換素子に生じさせることができる温度差が小さくなってしまうため、期待される発電量よりもかなり目減りした発電量しか得られない。
　そこで、フィンの周囲の蓄熱材に伝わった熱が分散されるようにして、熱電変換素子に生じさせることができる温度差を大きくし、発電量を増大させたい。
　１つの態様では、熱電変換モジュールは、熱電変換素子と、容器と、容器内に設けられた蓄熱材と、熱電変換素子の一方の側に熱的に接続され、容器よりも熱伝導率が高く、容器内で熱電変換素子から離れる方向へ延びており、蓄熱材に中に入れられているフィンと、蓄熱材の中に設けられ、フィンが延びている方向に交差する方向に延びており、蓄熱材よりも熱伝導率が高い熱伝導性シートとを備える。
　また、１つの態様では、センサモジュールは、センサと、センサに電気的に接続された、上述の熱電変換モジュールとを備える。
　また、１つの態様では、情報処理システムは、上述のセンサモジュールと、センサモジュールによって得られたデータを処理するコンピュータとを備える。
　１つの側面として、本熱電変換モジュール、センサモジュール及び情報処理システムによれば、フィンの周囲の蓄熱材に伝わった熱が分散されるようにして、熱電変換素子に生じさせることができる温度差を大きくし、発電量を増大させることができるという効果を有する。
第１実施形態にかかる熱電変換モジュールの構成を示す模式的断面図である。 （Ａ）は、第１実施形態にかかる熱電変換モジュールに備えられるヒートシンクの構成を示す模式的平面図であり、（Ｂ）は第１実施形態にかかる熱電変換モジュールに備えられる熱伝導性シートの構成を示す模式的平面図である。 第１実施形態にかかる熱電変換モジュールの一部の構成を示す模式的断面図である。 第１実施形態にかかる熱電変換モジュールの構成を示す模式的断面図である。 （Ａ）は、５月２２日から５月３０日に測定したマンホールの蓋の温度変化を示す図であり、（Ｂ）は、２月３日から３月３日に測定したマンホールの蓋の温度変化を示す図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、本発明の課題を説明するための図である。 第１実施形態にかかる熱電変換モジュールによる作用・効果を説明するための模式的断面図である。 第１実施形態にかかる熱電変換モジュールの変形例の構成を示す模式的断面図である。 第１実施形態にかかる熱電変換モジュールの変形例の構成を示す模式的断面図である。 第１実施形態にかかる熱電変換モジュールに備えられる熱伝導性シートの変形例の構成を示す模式的平面図である。 第１実施形態にかかる熱電変換モジュールに備えられる熱伝導性シートの変形例の構成を示す模式的平面図である。 第１実施形態にかかる熱電変換モジュールの変形例の構成を示す模式的断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態にかかる熱電変換モジュールの変形例による作用・効果を説明するための模式的断面図である。 実施例１、２の熱電変換モジュールによる効果を説明するための図である。 第２実施形態にかかるセンサモジュールの構成を示す模式図である。 第２実施形態にかかるセンサモジュールを用いた情報処理システムの構成を示す模式図である。 第２実施形態にかかるセンサモジュール及び情報処理システムの第１適用例を示す模式図である。 第２実施形態にかかるセンサモジュール及び情報処理システムの第２適用例を示す模式図である。 第２実施形態にかかるセンサモジュール及び情報処理システムの第３適用例を示す模式図である。 第２実施形態にかかるセンサモジュール及び情報処理システムの第４適用例を示す模式図である。 第２実施形態にかかるセンサモジュール及び情報処理システムの第５適用例を示す模式図である。
　以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる熱電変換モジュール、センサモジュール及び情報処理システムについて説明する。
［第１実施形態］
　まず、本実施形態にかかる熱電変換モジュールについて、図１～図１４を参照しながら説明する。
　本実施形態にかかる熱電変換モジュールは、環境発電の中の温度差があれば発電できる熱電変換素子を用いた発電に用いられるものである。
　本実施形態の熱電変換モジュールは、蓄熱材を用いて熱電変換素子の両側に温度差を生じさせるものであって、図１に示すように、熱電変換素子１と、容器２と、フィン３と、熱伝導性シート４と、蓄熱材５とを備える。
　なお、熱電変換素子１を、熱電変換デバイス、熱電素子又は熱電デバイスともいう。また、熱電変換モジュール６を熱電モジュール、熱電発電モジュール、潜熱利用熱電発電モジュール又は電源モジュールともいう。また、フィン３を放熱フィン又は放熱器ともいう。また、熱伝導性シート４を放熱器ともいう。
　ここで、熱電変換素子１は、例えば、配線を形成した２枚の基板間にｐ型熱電材料とｎ型熱電材料を交互に並べて接続した構造になっている。そして、熱電変換素子１は、一方の側が放熱側となり、一方の側の反対側が熱源側となるように設けられる。つまり、熱電変換素子１の一方の側には、放熱器としてのフィン３が熱的に接続され、一方の側の反対側には、熱源８が熱的に接続される。
　容器２は、例えば樹脂などの断熱材からなる断熱容器（例えば樹脂製容器）である。これにより、容器２内に入れられた蓄熱材５と外部とが断熱されることになる。
　蓄熱材５は、容器２内に設けられている。ここで、蓄熱材５は、潜熱蓄熱材であって、例えば、無機水和塩、無機塩、金属、水（化学式Ｈ２Ｏ：融点０℃、融解潜熱３３６ｋＪ／ｋｇ）、有機物化合物などを用いることができる。
　例えば、無機水和塩としては、塩化カルシウム水和物（化学式ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ：融点２８．７℃、融解潜熱１９２ｋＪ／ｋｇ）、硫酸ナトリウム水和物（化学式Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ：融点３２．４℃、融解潜熱２５１ｋＪ／ｋｇ）、チオ硫酸ナトリウム水和物（化学式Ｎａ２Ｓ２Ｏ４・５Ｈ２Ｏ：融点４８℃、融解潜熱１９７ｋＪ／ｋｇ）、酢酸ナトリウム水和物（化学式ＣＨ３ＣＯＯＨ・３Ｈ２Ｏ：融点５８℃、融解潜熱２６４ｋＪ／ｋｇ）などがある。また、例えば、無機塩としては、塩化ナトリウム（化学式ＮａＣｌ：融点８００℃、融解潜熱４８３ｋＪ／ｋｇ）などがある。また、例えば、金属としては、アルミニウム（化学式Ａｌ：融点６６１℃、融解潜熱３９７ｋＪ／ｋｇ）などがある。また、例えば、有機物化合物としては、パラフィン（化学式ＣｎＨ２ｎ＋２：融点－３０℃～４５℃、融解潜熱１５０～２５０ｋＪ／ｋｇ）、エリスリトール（化学式Ｃ４Ｈ１０Ｏ４：融点１１８℃、融解潜熱３１４ｋＪ／ｋｇ）などがある。
　フィン３は、熱電変換素子１の一方の側に熱的に接続されており、容器２よりも熱伝導率が高く、容器２内で熱電変換素子１から離れる方向へ伸びており、蓄熱材５の中に入れられている。
　ここでは、フィン３は、ベース部３Ａにその表面から突出するように設けられており、フィン３及びベース部３Ａの全体が容器２内に設けられている。そして、ベース部３Ａは蓄熱材５に接しないようにし、フィン３が蓄熱材５の中に浸漬されて、蓄熱材５に熱的に接続されている。
　このように、熱電変換素子１に熱的に接続されている放熱器としてのフィン３の少なくとも一部が蓄熱材５に浸漬されている。
　ここで、フィン３及びベース部３Ａは、例えば金属等の高熱伝導率の材料からなる。本実施形態では、フィン３及びベース部３Ａをアルミ製としている。
　なお、フィン３はピンも含むものとする。また、フィン３及びベース部３Ａをまとめてヒートシンク３Ｘともいう。
　熱伝導性シート４は、蓄熱材５よりも熱伝導率が高く、蓄熱材５の中に設けられている。つまり、熱伝導性シート４は、蓄熱材５よりも高い熱伝導率を有する材料からなる高熱伝導性シートである。
　この熱伝導性シート４は、開口部を備え、開口部にフィン３が挿入された状態でフィン３が延びている方向に交差する方向に延びており、フィン３の周囲（表面近傍）の蓄熱材５に熱的に接続されている。
　例えば、図２（Ａ）に示すように、ヒートシンク３Ｘにフィン３として円柱状のピンが設けられている場合、このフィン３の配置に応じて、図２（Ｂ）に示すように、熱伝導性シート４に開口部としての穴４Ｘを設ければ良い。そして、図１に示すように、熱伝導性シート４を、この穴４Ｘにフィン３が挿入された状態でフィン３が延びている方向に交差する方向（ここでは直交する方向）に延びるように、蓄熱材５の中に設けて、熱伝導性シート４がフィン３の周囲の蓄熱材５に熱的に接続されるようにすれば良い。
　これにより、フィン３の周囲の蓄熱材５に留まっている熱を、フィン３が延びている方向に交差する方向（横方向）に分散させることが可能となり、蓄熱材５の温度の均一化を図り、フィン３の周囲の蓄熱材５の温度を融点に留めておくことが可能となる。
　ここで、熱伝導性シート４は、図３に示すように、フィン３に接触しないように設けるのが好ましい。つまり、熱伝導性シート４の開口部に挿入されるフィン３が、熱伝導性シート４に熱的に接続されないようにするのが好ましい。これにより、フィン３から熱伝導性シート４に伝熱することなく、フィン３の周囲の蓄熱材５に留まっている熱を分散させることが可能となる。
　また、図１に示すように、熱伝導性シート４は、フィン３が延びている方向に沿って間隔をあけて複数設けるのが好ましい。これにより、フィン３が延びる方向の全長にわたって、フィン３の周囲の蓄熱材５に留まっている熱を分散させ、蓄熱材５の温度の均一化を図り、フィン３の周囲の蓄熱材５の温度を融点に留めておくことが可能となる。なお、熱伝導性シート４は少なくとも１つ設けられていれば良い。
　本実施形態では、蓄熱材５よりも熱伝導率が高い熱伝導性シート４として、グラファイトシートを用いている。
　なお、本実施形態では、熱伝導性シート４にグラファイトシートを用いているが、これに限られるものではなく、蓄熱材５よりも熱伝導率が高いものであれば良い。例えば、熱伝導性シート４に、例えば銀シート、銅シート、アルミシートなどの金属シートを用いても良い。また、例えば、熱伝導性シート４に、例えばアルミナなどのセラミックシートを用いても良い。このように、熱伝導性シート４の材料には、グラファイト、銀、銅、アルミなどの金属、アルミナなどのセラミックを用いることができる。
　本実施形態では、さらに、容器２に設けられ、容器２よりも熱伝導率が高い伝熱部材７を備える。この伝熱部材７は、例えば金属等の高熱伝導率の材料からなる。そして、熱電変換素子１は、容器２内に設けられており、一方の側の反対側、即ち、フィン３が熱的に接続されている側の反対側が伝熱部材７に熱的に接続されている。なお、伝熱部材７を伝熱部品ともいう。
　ここでは、容器２の開口部に伝熱部材７が設けられており、伝熱部材７は外部の熱源８に熱的に接続されており、容器外の熱源８からの熱が、伝熱部材７を介して熱電変換素子１に伝わり、熱電変換素子１を介してフィン３に伝わって、フィン３から蓄熱材５へ放熱され、熱伝導性シート４によってフィン３の周囲の蓄熱材５に伝わった熱が分散されるようになっている。
　より具体的には、本実施形態では、図４に示すように、開口部１０Ａを有し、電子部品９が搭載されている基板１０を備える。そして、熱電変換素子１は、基板１０の開口部１０Ａに設けられ、基板１０に電気的に接続されている。また、基板１０は、外部接続端子１１に接続されている。なお、基板１０を回路基板ともいう。
　特に、本実施形態では、上述のように、熱電変換素子１から蓄熱材５に熱を伝える放熱器として、フィン３に加え、フィン３が延びている方向に交差する方向に延びる熱伝導性シート４が設けられている。
　これにより、熱源８からフィン３を介して蓄熱材５に熱が伝わり、さらに、フィン３の周囲の蓄熱材５に伝わった熱が熱伝導性シート４によって分散されるようにすることができ、フィン３の周囲（表面近傍）の蓄熱材５だけでなく、フィン３の周囲から離れた箇所の蓄熱材５にも熱が伝わるようにすることができ、蓄熱材５の温度の均一化を図ることが可能となる。
　例えば、フィン３の表面近傍にある蓄熱材５の温度をＴとし、フィン３の表面から離れた箇所にある蓄熱材５の温度をＴ′とし、Ｔ＞Ｔ′であった場合、熱伝導性シート４が、フィン３の表面近傍にある蓄熱材５の温度を、フィン３の表面から離れた箇所にある蓄熱材５に伝えることによって、Ｔ≒Ｔ′となり、蓄熱材５の温度の均一化を図ることが可能である。
　この結果、フィン３だけが設けられているものと比較して、高効率な発電を行なうことができ、発電量（発電電力量）を増大させることが可能となる。つまり、フィン３に加えて熱伝導性シート４を用いることによって、フィン３だけを用いる場合と比較して、蓄熱材５に伝えられる熱量は同じであっても、より効率良く熱が分散され、より均一に蓄熱材５が融解することになる。つまり、蓄熱材５の潜熱利用効率が上がる。これにより、顕熱化、即ち、顕熱によって蓄熱材の温度が融点以上の温度に上昇してしまうのが遅くなり、温度差が確保され、熱電変換素子１からより多くの発電量が得られることになる。
　また、ここで用いている熱伝導性シート４のように、薄くて軽い熱伝導性シート４を用いることで、重量を重くすることなく、フィン３の周囲のみに留まっている熱を効率的に分散させることができ、潜熱の利用率向上が可能となり、熱電変換素子１の発電量が増加することになる。
　また、複数の熱伝導性シート４をフィン３が延びている方向に沿って設けることで、フィン３の全長にわたってフィン３の周囲のみに留まっている熱を効率的に分散させることができ、ひいては、蓄熱材５の全体に熱を分散させることが可能となり、より潜熱の利用率向上が可能となり、熱電変換素子１の発電量が増加することになる。
　このため、例えばマンホールのように、昼夜で構造物の一方の面と他方の面とで温度差が逆転するような環境下で、熱電変換素子１を用いて、昼夜問わず発電することが可能となる。
　例えば、マンホールの蓋の温度は、季節ごとに変化するが、１週間～１ヶ月単位でみると、ほぼ同じような振幅の周期変動をする。晴れの日においては最大値と最小値の差は夏場で２５～３０℃、冬場で１５～２０℃とかなり大きい。ここで、図５（Ａ）は、５月２２日から５月３０日に測定したマンホールの蓋の温度変化を示しており、図５（Ｂ）は、２月３日から３月３日に測定したマンホールの蓋の温度変化を示している。
　このような周期的な温度変化を繰り返すマンホールの蓋が熱源である場合、冷却側（放熱側）に蓄熱材を用いることは最適な選択である。この場合、マンホールの蓋の周期的な温度変化の最大値と最小値の中心となる温度に融点をもつ蓄熱材を使用することで、一日周期で融解・凝固を繰り返し、蓄熱材の潜熱量を最大限利用することができる。
　マンホールの蓋の温度を利用した熱電発電では、マンホールの蓋の温度とマンホール内の温度との温度差を利用した発電が考えられるが、蓄熱材を用いずにヒートシンクだけを用いた発電では、熱電変換素子に生じる温度差は、マンホールの蓋の温度とマンホール内の温度との温度差よりもはるかに少ない温度差となってしまう。このため、少ない発電量しか得られない。これに対し、蓄熱材を冷却側に用いることで、熱電変換素子に生じる温度差は、マンホールの蓋の温度と蓄熱材の温度との温度差となり、温度差が大きくなるため、大きな発電量を得ることができる。例えば、無線通信によるデータ送信を想定したマンホールセンサに必要十分な発電量を得ることが可能となる。また、経年劣化なく、大きな発電量を得ることが可能となる。
　ところで、上述のように構成しているのは、以下の理由による。
　熱電変換素子は、主に複数のp型熱電半導体及びｎ型熱電半導体から構成されており、熱エネルギーを電気エネルギーに、また、電気エネルギーを熱エネルギーに直接変換する機能を持つ。この熱電変換素子の両側に温度差を与えると、ゼーベック効果によって電圧を発生する。この電圧を電気エネルギーとして取り出すようにしたものが熱電発電装置である。
　このような熱電発電装置によって、熱エネルギーから電気エネルギーへの直接エネルギー変換が可能となり、廃熱利用に代表されるような熱エネルギーの有効な利用方法の一つとして注目を浴びている。
　一般的な熱電変換素子は、ほぼ同じ長さで柱状のｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体の両端部で対にして熱電対を作り、この熱電対を複数個平面的に並べて、ｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体が交互に規則的になるように配置し、この熱電対を電気的に直列に接続した構造を有する。
　電気的に接続するための配線を形成するのは、例えばＳｉやセラミック材料などからなる２枚の基板で、この基板は、ｐ型熱電半導体／ｎ型熱電半導体及びこれらを接続する電極の厚さ分の隙間をあけて向かい合った構造となっている。
　一枚の基板を熱源（発熱源）に接するようにし、もう一方の基板から放熱するようにすることで、熱電半導体対に温度差が生じる。持続的に温度差を生じさせるためには、放熱側の基板には放熱部品を付けることになる。
　自然空冷の場合、放熱部品としては、アルミにアルマイト処理（陽極酸化）し、表面に酸化アルミの膜を形成したヒートシンクを用いるのが一般的である。
　熱電変換素子による発電は、温度差のあるとこならどこでも発電することが可能であるが、自然に発生する温度に依存するため、そこはまさに自然任せである。
　例えば、熱源として、太陽熱で温められるコンクリートや金属などを選択し、それに熱電変換素子を装着した場合、熱源からの熱をヒートシンクを介して大気に放熱し、熱電変換素子内に温度差を発生させることによって発電する。
　しかしながら、熱電変換モジュールでは、ヒートシンクのフィンの表面積を大きくしても、熱電変換素子のヒートシンクが設けられた側を外気温と同一にすることは困難である。
　このため、熱電変換素子の上下面の間に生じる温度差は、外気温と高温熱源との温度差よりも小さくなる。したがって、熱電変換モジュールで発生できる発電量も小さくなる。
　また、熱電変換モジュールには、熱源の温度の経時変化を利用して熱電変換素子に温度差を生じさせるものがある。このような熱電変換モジュールでは、熱電変換素子の一方の面に熱源を接触させ、他方の面には蓄熱材を接触させる。このケースで使用される熱源の温度は一定ではなく、時間によって温度が変化するものが利用される。
　例えば、熱源には、断続的に稼働と休止を繰り返すモーターやボイラーが用いられる。あるいは、日中と夜間の間の温度変化を利用して、外部に放置されているもの、例えば建物の外壁・屋上や自動車等の乗り物のエンジンや外装などが、熱源として利用される。
　ここで、蓄熱材は、有機・無機材料で各々あるが、一般的に用いられているのは扱いが比較的容易な飽和炭化水素系の有機物である。融点は、－３０℃から４０℃くらいまで様々な温度があり、空冷に使用されているほか、建材にも適用が検討されている。
　また、蓄熱材は、材料が相変化を起こすことによって、一定の温度を保つ性質を有する。このため、熱源の温度が経時的に変化することによって、蓄熱材との間に温度差が発生し、この温度差に応じて熱電変換素子が発電する。
　この場合、熱源の温度の時間変化に伴う熱電変換素子への流入熱量や、熱電変換素子からの流出熱量を見積もって、これらの熱量が蓄熱材のもつ潜熱量よりも小さいことが必要であり、これが熱電変換素子の上下面の間に常に温度差を発生させる条件になる。
　蓄熱材は、熱源から熱電変換素子を介して伝達される熱によって融解（溶融）するが、蓄熱材は全て融解し終わるまでは一定の温度を保つ性質を有する。このため、熱電変換モジュール全体において、熱源以外との熱のやりとりが無視できると考えた場合、熱源から熱電変換素子を介して蓄熱材に流れ込んだ熱量の積分値が、蓄熱材の潜熱量に達すると蓄熱材が全て融解する。したがって、蓄熱材の潜熱量を越えると、蓄熱材が全て融解してしまって、熱電変換素子の上下面の間に温度差を生じさせることが困難になるからである。
　このタイプの熱電変換モジュールでは、蓄熱材と熱電変換素子との間、あるいは、熱源表面と熱電変換素子との間での熱伝導を利用して熱電変換素子の上下面の間に温度差を生じさせる。このため、外気との熱伝達を利用するタイプの熱電変換モジュールに比べて確実に温度差を発生させることができる。
　ところが、一般に、蓄熱材は極めて熱伝導率が低く、代表的な値は０．１Ｗ／ｍＫ～０．５Ｗ／ｍＫであることが知られている。このため、熱電変換素子に蓄熱材を接触させただけでは、熱電変換素子に隣接した蓄熱材部分のみが融解・凝固を繰り返すだけである。この結果、熱電変換素子から距離が離れた部分の蓄熱材まで熱が伝わらず、蓄熱材全体としての性能を引き出すことが困難である。
　そこで、例えば図６（Ａ）に示すような熱電変換モジュールでは、フィン３及びベース部３Ａを有する金属製のヒートシンク３Ｘのフィン３を蓄熱材５に挿入することによって、蓄熱材５との間の熱伝導の効率化を図っている。フィン３は、熱電変換素子１に接触させられると共に、蓄熱材５内に平行に複数挿入される。より詳細には、各々のフィン３が蓄熱材５の上方から所定の深さまで蓄熱材５内に挿入される。このように蓄熱材５内にフィン３を挿入することによって、蓄熱材５が融解される部分が上表面側からフィン３に沿って下側へと進行する。これによって、蓄熱材５がより広い領域で融解し易くなる。
　しかしながら、フィン３を有するヒートシンク３Ｘを用いて、蓄熱材５への伝熱を、フィン３を介して行なう場合も、本質的な課題は残る。
　つまり、蓄熱材５は熱伝導率が低く、流動性に劣るため、蓄熱材５の融解はフィン３の周囲からはじまるが、融解がひろがり蓄熱材５の全体に及ぶ前に、フィン３の周囲から温度上昇がはじまり、蓄熱材５の温度は融点以上の温度に上昇してしまう（顕熱化）。例えば図６（Ｃ）に示すように、融解がすべて終わるまで、潜熱利用により蓄熱材５の温度は融点を維持していて、その融点と熱源との温度差（ΔＴ）を利用した大きな電力を得られる発電が可能なはずが、例えば図６（Ｂ）に示すように、フィン３の周囲（表面近傍）から蓄熱材５の温度が上昇してしまうため、熱源との温度差（ΔＴ）が小さくなり、期待される発電量よりは、かなり目減りした発電量しか得られない。例えば、蓄熱材５の潜熱量を１００％利用した場合に得られることが期待される発電量に対し、実際に得られる発電量は３０～４０%程度と低い。
　そこで、フィン３の周囲の蓄熱材５に伝わった熱が分散されるようにして、フィン３の周囲の蓄熱材５の温度上昇を抑えることで、熱電変換素子１に生じさせることができる温度差を大きくし、発電量を増大させるために、上述のように、熱伝導性シート４を設けている。
　特に、熱電変換素子１から蓄熱材５に熱を伝える放熱器として、フィン３に加え、フィン３が延びている方向に交差する方向に延びる熱伝導性シート４が設けられている。このため、フィン３だけが設けられているもの［図６（Ａ）参照］と比較して、図７に示すように、熱源８からの熱が分散して蓄熱材５に伝えられることになる。
　このように、フィン３に加え、熱伝導性シート４を設けることで、フィン３だけが設けられているもの［図６（Ａ）参照］と比較して、熱源８からの熱を効率良く分散し、より均一に蓄熱材５が融解するようにすることができる。これにより、顕熱によって蓄熱材５の温度が融点以上の温度に上昇してしまうのが遅くなり、温度差が確保され、熱電変換素子１からより多くの発電量が得られることになる。
　さらに、ヒートシンク３Ｘのベース部３Ａは、熱源８に最も近く、体積もあるため、より多くの熱がためられており、ベース部３Ａが蓄熱材５に接していると、まず、ベース部３Ａに接している蓄熱材５から融解が始まり、ほどなく顕熱化して温度上昇に転じてしまう。このため、図１に示すように、本実施形態では、ベース部３Ａと蓄熱材５が接しないように隙間を設けている。なお、これに限られるものではなく、ベース部３Ａと蓄熱材５との間に、断熱材として、例えば樹脂板などを挿入するようにしても良い（例えば図８参照）。
　したがって、本実施形態にかかる熱電変換モジュールによれば、フィン３の周囲の蓄熱材５に伝わった熱が分散されるようにして、熱電変換素子１に生じさせることができる温度差を大きくし、発電量を増大させることができるという利点がある。
　つまり、熱電変換素子１からの熱を蓄熱材５中に分散して放熱することが可能になるため、ヒートシンク３Ｘのみを備えるものよりも温度差が大きくなり、発電量を増大させることができ、効率良い発電を実現することが可能となる。また、蓄熱材５の融解・凝固の変化が均一に進むため、熱電変換モジュール６の高性能化を実現することも可能となる。
　なお、上述の実施形態では、容器２に伝熱部材７を備えるものとし、熱電変換素子１を、容器２内に設け、一方の側の反対側が伝熱部材７に熱的に接続されるようにしているが、これに限られるものではない。
　例えば、図８に示すように、容器（第１容器）２外に設けられた伝熱部材７を備えるものとし、熱電変換素子１を、容器２外に設け、一方の側の反対側が伝熱部材７に熱的に接続されるようにしても良い。つまり、伝熱部材７及び熱電変換素子１を容器２外に設け、フィン３及び熱伝導性シート４を容器２内に入れられている蓄熱材５の中に挿入・浸漬するようにしても良い。ここでは、ヒートシンク３Ｘのベース部３Ａは容器２外に設けられている。なお、熱電変換素子１が設けられる基板１０も容器２外に設けられることになるが、この場合、熱電変換素子１の周囲に空間ができるように封止材１２によって封止するのが好ましい。なお、上述の実施形態のものにおいても、同様に、熱電変換素子１の周囲に空間ができるように封止材によって封止するようにしても良い。
　また、例えば、図９に示すように、容器２（第１容器）に設けられ、容器２よりも熱伝導率が高い第１伝熱部材７Ｘと、容器２外に設けられた第２伝熱部材７とを備えるものとし、熱電変換素子１を、容器２外に設け、一方の側が、第１伝熱部材７Ｘを介して、フィン３（ヒートシンク３Ｘ）に熱的に接続され、一方の側の反対側が、第２伝熱部材７に熱的に接続されるようにしても良い。つまり、上述の実施形態のものにおいて、熱電変換素子１及び伝熱部材７を容器２外に設け、熱電変換素子１の一方の側とフィン３とを他の伝熱部材７Ｘを介して熱的に接続するようにしても良い。この場合、第１伝熱部材７Ｘを、容器２内に設けられた基板１０の開口部１０Ａに設け、熱電変換素子１を、例えばコネクタ１３を介して、基板１０に電気的に接続すれば良い。また、第１伝熱部材７Ｘと第２伝熱部材７との間に挟まれた熱電変換素子１の周囲に空間ができるように封止材１２によって封止するのが好ましい。また、第２伝熱部材７が熱源８に熱的に接続されることになる。なお、第１伝熱部材７Ｘを放熱側伝熱部材ともいい、第２伝熱部材７を熱源側（吸熱側）伝熱部材ともいう。
　また、上述の実施形態では、熱伝導性シート４を、開口部を備えるものとし、熱伝導性シート４を、開口部にフィン３が挿入された状態でフィン３が延びている方向に交差する方向に延びるように、蓄熱材５の中に設けているが、これに限られるものではなく、熱伝導性シートは、フィンが延びている方向に交差する方向に延びるように、蓄熱材５の中に設けられていれば良い。
　例えば、図１０に示すように、ヒートシンク３Ｘにフィン３として円柱状のピンが設けられている場合、これらの複数のフィン３の間に、複数の帯状の熱伝導性シート４を、フィン３が延びている方向に交差する方向（例えば直交する方向）に延びるように、蓄熱材５の中に設けて、熱伝導性シート４がフィン３の周囲の蓄熱材５に熱的に接続されるようにしても良い。この場合も、熱伝導性シート４は、フィン３が延びている方向に沿って間隔をあけて複数の位置に設けるのが好ましい。この場合、複数の位置の全ての位置に、複数の帯状の熱伝導性シート４が交差する方向に延びるように配置しても良いし、複数の位置の中の一の位置に、複数の帯状の熱伝導性シート４が一の方向へ延びるように配置し、他の位置に、複数の帯状の熱伝導性シート４が一の方向に直交する他の方向へ延びるように配置しても良い。
　また、例えば、図１１に示すように、ヒートシンク３Ｘにフィン３として平板状のフィンが設けられている場合、これらの複数のフィン３の間に、複数の帯状の熱伝導性シート４を、フィン３が延びている方向に交差する方向（例えば直交する方向）に延びるように、蓄熱材５の中に設けて、熱伝導性シート４がフィン３の周囲の蓄熱材５に熱的に接続されるようにしても良い。この場合も、熱伝導性シート４は、フィン３が延びている方向に沿って間隔をあけて複数の位置に設けるのが好ましい。
　また、上述の実施形態及び変形例のものでは、熱伝導性シート４を、１層構造としているが、これに限られるものではなく、例えば、２層構造又はそれ以上の積層数を有する構造としても良い。
　例えば、図１２に示すように、熱伝導性シート４を、一方の表面側に設けられ、かつ、蓄熱材５よりも熱伝導率が高い高熱伝導性シート４Ａと、他方の表面側に設けられ、かつ、高熱伝導性シート４Ａよりも熱伝導率が低い低熱伝導性シート４Ｂとを含むものとし、この熱伝導性シート４を、フィン３が延びている方向に沿って間隔をあけて少なくとも２つ設け、少なくとも２つの熱伝導性シート４を、蓄熱材５を挟んで高熱伝導性シート４Ａと低熱伝導性シート４Ｂとが対向するように設けるのが好ましい。ここでは、複数の熱伝導性シート４を設けている。なお、高熱伝導性シート４Ａを伝熱シートともいう。また、低熱伝導性シート４Ｂを断熱シートともいう。
　ここで、高熱伝導性シート４Ａと低熱伝導性シート４Ｂとを含む熱伝導性シート４としては、例えばグラファイトシートとポリイミドシート（樹脂シート）とを貼り合わせたものを用いれば良い。
　なお、高熱伝導性シート４Ａと低熱伝導性シート４Ｂとを含む熱伝導性シート４は、これに限られるものではなく、例えば、グラファイトシートと他の樹脂からなる樹脂シートとを貼り合わせたものであっても良いし、グラファイトシートと発泡材料シートとを貼り合わせたものであっても良いし、樹脂シート又は発泡材料シートに金属めっきが施されているものであっても良いし、セラミックシートと樹脂シート又は発泡材料シートとを貼り合わせたものであっても良い。また、高熱伝導性シート４Ａと低熱伝導性シート４Ｂとの間に例えば接着層などの他の層が挟まっていても良い。
　このように、熱伝導性シート４を、その両面の熱伝導率が異なるものとし、隣接する２つの熱伝導性シート４の熱伝導率の異なる面が向かい合うように配置することで、即ち、隣接する２つの熱伝導性シート４を、これらの間の蓄熱材５に接触する面の熱伝導率が異なるように配置することで、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように、隣接する２つの熱伝導性シート４の間にある蓄熱材５に温度差が生じ、対流が促されることによって、フィン３の周囲に留まっている熱の効率的に分散させることができ、さらに蓄熱材５の温度の均一化を図ることが可能となる。この結果、より潜熱の利用率向上が可能となり、熱電変換素子１の発電量がより増加することになる。
［実施例］
　次に、本発明を更に具体的に説明するために実施例を挙げる。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
　本実施例１及び比較例では、熱電変換モジュール６を構成する熱電変換素子１にＹＡＭＡＨＡ社製ＧＫＢ１０（０．０２Ｖ／Ｋ、２．５Ω、２０Ｋ／Ｗ）を用い、蓄熱材５にＪＸ日航日石エネルギー社製エコジュールＴＳ７（融点１９．６℃、融解潜熱１６５ｋＪ／ｋｇ）２００ｇを用い、ヒートシンク３Ｘにアルミ製ヒートシンクであるアルファ社製Ｎ６０－４０Ｂ（ピンタイプヒートシンク：サイズ６０×６０×４０mm）を用い、熱伝導性シート４にパナソニック社製ＰＧＳグラファイトシート（厚さ１００μｍ、サイズ６０×６０mm）を１２枚用い、伝熱部材７にアルミ部材を用い、容器２として樹脂製容器を用いた。ここでは、グラファイトシート４には、アルミ製ヒートシンク３Ｘのフィン３の配置に対応する位置に、パンチング加工によって、開口部を設けた。
　樹脂製容器２に蓄熱材５を入れ、熱電変換素子１にアルミ製ヒートシンク３Ｘを接続し、熱伝導性シート４としてのグラファイトシートを、アルミ製ヒートシンク３Ｘのフィン３にその開口部を通して、約３．５ｍｍピッチの等間隔で１２枚セットし、これらのグラファイトシート４がセットされたフィン３を蓄熱材５の中に浸漬した。ここでは、開口部の大きさがフィン３よりも大きくなっており、フィン３の表面とグラファイトシート４の開口部の壁面との間に蓄熱材５が介在しており、フィン３とグラファイトシート４とは熱的に接触しないようにした。また、樹脂製容器２に取り付けられた伝熱部材７としてのアルミ部材に熱電変換素子１の一方の側の反対側を接続して、本実施例１の熱電変換モジュール６（例えば図１参照）を作製した。
　また、熱伝導性シート４としてのグラファイトシートを設けずに、熱電変換素子１の一方の側にアルミ製ヒートシンク３Ｘを接続し、樹脂製容器２に入れられた蓄熱材５の中にアルミ製ヒートシンク３Ｘのフィン３を部分的に浸漬し、樹脂製容器２に取り付けられた伝熱部材７としてのアルミ部材に熱電変換素子１の一方の側の反対側を接続して、比較例の熱電変換モジュール（例えば図６（Ａ）参照）を作製した。
　そして、伝熱部材７としてのアルミ部材を介して熱電変換素子１をヒータ加熱した。このヒータ加熱の加熱プロファイルは、春秋の東京都におけるマンホールの蓋の一日の温度変化を示す代表的なマンホール温度プロファイルとした。この温度プロファイルでは、最低温度（ＭＩＮ）１５℃、最高温度（ＭＡＸ）４５℃で、これらの温度差ΔＴ＝３０℃であり、平均温度は２０℃である。
　ここで、図１４中、実線Ａは、本実施例１の熱電変換モジュール６の場合の出力電圧（開放電圧；熱電変換素子内のΔＴ）の変化を示しており、実線Ｂは、比較例の熱電変換モジュールの場合の出力電圧の変化を示しており、実線Ｃは、マンホール温度プロファイル、即ち、ヒータ温度の変化を示しており、実線Ｄは、後述の実施例２の熱電変換モジュール６の場合の出力電圧の変化を示している。
　図１４中、実線Ａ、Ｂで示すように、本実施例１の熱電変換モジュール６の場合、比較例の熱電変換モジュールと比較して、出力電圧の最大値が約０．２１Ｖから約０．３２Ｖに上がり、発電量は約２８％増大した。このように、本実施例１の熱電変換モジュール６のように、熱伝導性シート４としてのグラファイトシートを設けることで、フィン３の周囲の蓄熱材５の熱の拡散が促進され、発電量を増大させることができることが確認できた。
［実施例２］
　本実施例２では、熱伝導性シート４にパナソニック社製ＰＧＳグラファイトシート４Ａ（厚さ７０μｍ、サイズ６０×６０mm）にポリイミドシート４Ｂ（厚さ２５μｍ、サイズ６０×６０mm）を貼り合わせたものを１２枚用いて熱電変換モジュール６（例えば図１２参照）を作製した。それ以外は上述の実施例１と同様にした。
　図１４中、実線Ｄ、Ｂで示すように、本実施例２の熱電変換モジュール６の場合、比較例の熱電変換モジュールと比較して、出力電圧の最大値が約０．２１Ｖから約０．３９Ｖに上がり、発電量は約３６％増大した。このように、本実施例２の熱電変換モジュール６のように、熱伝導性シート４としてのグラファイトシート４Ａにポリイミドシート４Ｂを貼り合わせたものを設けることで、フィン３の周囲の蓄熱材５の熱の拡散が促進され、さらに、対流が促進されることで、さらに発電量を増大させることができることが確認できた。
［実施例３］
　本実施例３では、熱電変換モジュール６を構成する熱電変換素子１にＫＥＬＫ製ＫＴＧ５０６６Ａ００を用い、蓄熱材５にＪＸ日航日石エネルギー社製エコジュールＴＳ２０（融点３６．９℃、融解潜熱２４９ｋＪ／ｋｇ）７５ｇを用い、ヒートシンク３Ｘにアルミ製ヒートシンクであるアルファ社製Ｎ５０－２５Ｂ（ピンタイプヒートシンク：サイズ５０×５０×２５mm）を用い、熱伝導性シート４にパナソニック社製ＰＧＳグラファイトシート（厚さ１００μm、サイズ５０×５０mm）を３枚用い、上述の実施例１と同様にフィン３に通してセットし、伝熱部材７にアルミ部材を用い、容器２として樹脂製容器を用いた。
　そして、熱水と冷水が交互に循環する工場の排水管に、本実施例３の熱電変換モジュール６を取り付け、工場内の温湿度センサやガスセンサなどからのデータを取得し、無線通信するための電源として用いた。ここで、熱水温度は８０℃、冷水温度は２０℃で、一時間おきに交互に１０分間程度放出される。
　この結果、本実施例３の熱電変換モジュール６では、出力電圧が最大１．２Ｖ得られ、蓄熱材５の温度（融点）と熱水の温度との温度差を確保することができ、十分な発電量を得ることができた。
［実施例４］
　本実施例４では、熱電変換モジュール６を構成する熱電変換素子１にＹＡＭＡＨＡ社製ＧＫＢ１０を用い、蓄熱材５にカネカ社製パッサーモＦ１５（融点１５．１℃、融解潜熱１９０ｋＪ／ｋｇ）１００ｇ又はＪＸ日航日石エネルギー社製エコジュールＴＳ９（融点３０℃、融解潜熱１８４ｋＪ／ｋｇ）２００ｇを用い、ヒートシンク３Ｘにアルミ製ヒートシンクであるアルファ社製Ｎ６０－４０Ｂ（ピンタイプヒートシンク：６０×６０×４０mm）を用い、熱伝導性シート４にパナソニック社製ＰＧＳグラファイトシート（厚さ７０μm、サイズ６０×６０mm）にポリイミドシート（厚さ２５μｍ、サイズ６０×６０mm）を貼り合わせたものを１２枚用い、上述の実施例１と同様にフィン３に通してセットし、伝熱部材７にアルミ部材を用い、容器２として樹脂製容器を用いた。
　そして、道路に設置された下水管のマンホールの蓋の裏面に、本実施例４の熱電変換モジュール６を取り付け、下水の水量、腐食ガス量、管内温度などをセンシングして、無線送信するための電源として用いた。
　ここで、マンホールの蓋の温度は、東京都心で、夏場は２５～６０℃程度、冬場は５～２５℃程度であるため、蓄熱材として上述の２種類の蓄熱材５を用いた。つまり、夏場は、蓄熱材５としてＪＸ日航日石エネルギー社製エコジュールＴＳ９（融点３０℃、融解潜熱１８４ｋＪ／ｋｇ）２００ｇを備える熱電変換モジュール６を用い、冬場は、蓄熱材５としてカネカ社製パッサーモＦ１５（融点１５．１℃、融解潜熱１９０ｋＪ／ｋｇ）１００ｇを備える熱電変換モジュール６を用いた。
　この結果、本実施例４の熱電変換モジュール６では、出力電圧が夏場で最大０．９Ｖ、冬場で最大０．３Ｖ得られ、蓄熱材５の温度（融点）とマンホールの蓋の温度との温度差を確保することができ、十分な発電量を得ることができた。
［実施例５］
　本実施例５では、熱電変換モジュール６を構成する熱電変換素子１にＹＡＭＡＨＡ社製ＧＫＢ１０を用い、蓄熱材５にＪＸ日航日石エネルギー社製エコジュールＴＳ７（融点１９．６℃、融解潜熱１６５ｋＪ／ｋｇ）２００ｇを用い、ヒートシンク３Ｘにアルミ製のピンタイプヒートシンク（サイズ６５×６５×４０ｍｍ、ピン径２ｍｍφ、１０ｍｍピッチ）を用い、熱伝導性シート４にパナソニック社製ＰＧＳグラファイトシート（厚さ７０μｍ、サイズ６５×５ｍｍ）にポリイミドシート（厚さ２５μｍ）を貼り合せたものを５×１０枚用いた。これらのグラファイトシート＋ポリイミドシートは、まず、一面で５枚並ぶように、１枚ずつ、フィン３としてのピンの間の隙間に渡すようにして、ヒートシンク３Ｘのベース部（底板）に平行になるように配置した。一面に並べるシート同士は、糸などでつないで、底板からの距離がほぼ同じになるようにした。次の５枚は、先に並べた５枚と直交する方向に延びるように並べた。以後、同様に５枚ずつ直前に並べた５枚と直交する方向に延びるように並べて、ピンが延びる方向に沿って間隔（ここでは３．６ｍｍ程度）をおいて１０箇所に５枚ずつ配置した。このようにして熱伝導性シート４を配置したフィン３を、容器の中に入れられた蓄熱材５の中に浸漬した。そして、伝熱部材７としてのアルミ部材を介して熱電変換素子１をヒータ加熱した。
　この結果、本実施例５の熱電変換モジュール６では、発電量が、ヒートシンクのみの場合と比較して、約２８％増大し、十分な発電量を得ることができた。また、一面が複数の帯状の熱伝導性シートで構成されていても、効果があることが確認できた。
［第２実施形態］
　次に、第２実施形態にかかるセンサモジュール及び情報処理システムについて、図１５～図２１を参照しながら説明する。
　本実施形態にかかるセンサモジュールは、一体型モジュールであって、図１５に示すように、この一体型モジュール１６０は、発電モジュール１６１と、蓄電モジュール１６２と、センサ１６３と、コントローラ１６４と、メモリ１６５と、通信回路１６６と、アンテナ１６７を備える。
　発電モジュール１６１には、例えば、上述の第１実施形態の熱電変換モジュール６が適用される。つまり、この発電モジュール１６１は、熱電変換素子１と、容器２と、フィン３と、熱伝導性シート４と、蓄熱材５とを備える。このため、本センサモジュールは、少なくとも、センサ１６３と、センサ１６３に電気的に接続された、上述の第１実施形態の熱電変換モジュール６とを備える。
　蓄電モジュール１６２は、発電モジュール１６１に接続され、発電モジュール１６１で発生した電力を蓄える。蓄電モジュール１６２としては、電力を蓄える機能を持つものであれば良い。この蓄電モジュール１６２としては、例えば、全固体二次電池が省スペースで且つ安全性が高い点から好ましい。
　発電モジュール１６１及び蓄電モジュール１６２は、電力供給部１６８を構成する。この電力供給部１６８を構成する発電モジュール１６１及び蓄電モジュール１６２の少なくとも一方からは、センサ１６３、コントローラ１６４、及び、通信回路１６６に電力が供給される。発電モジュール１６１によって安定した電力を供給できる場合には、蓄電モジュール１６２が省かれても良い。
　センサ１６３には、例えば、温度、湿度、圧力、光、音、電磁波、加速度、振動、ガス、微粒子等を検出するセンサが適用可能である。さらに、センサ１６３には、例えば、赤外線を対象物に出射すると共に対象物から反射した光を受けることで対象物との距離を測定する測距センサ、対象物の重量を測定する重量センサ、及び、水位等のデータを検出する水位センサ等が適用可能である。
　コントローラ１６４は、例えば、センサ１６３が検出した各種データを、通信回路１６６及びアンテナ１６７を介してサーバ１７５へ送信する。コントローラ１６４は、例えば、センサ１６３が検出した各種データと他のデータとに基づいた二次データをサーバ１７５へ送信しても良い。また、コントローラ１６４は、例えば、センサ１６３が検出した各種データを用いて所定の演算を行って二次データを算出し、この二次データをサーバ１７５へ送信しても良い。
　メモリ１６５は、センサ１６３が検出した各種データや、算出された二次データをコントローラ１６４の命令により記憶する。記憶された情報は、コントローラ１６４の命令により読み出される。
　通信回路１６６及びアンテナ１６７は、通信部１６９を構成する。通信部１６９は、コントローラ１６４と図示しないサーバ１７５との間でデータの送受信を行う。なお、図１５に示される例では、アンテナ１６７を用いた無線通信が採用されるが、無線通信の代わりに、有線通信が採用されても良い。
　上述の一体型モジュール１６０は、例えば、図１６に示されるように、本実施形態にかかる情報処理システム１７０に適用される。
　この情報処理システム１７０は、複数の一体型モジュール１６０と、サーバ１７５とを備える。つまり、本情報処理システム１７０は、上述の一体型モジュール（センサモジュール）１６０と、この一体型モジュール１６０によって得られたデータを処理するサーバ（コンピュータ）１７５とを備える。ここでは、情報処理システム１７０は、マンホール１７６から得られる情報を処理するシステムである。このため、複数の一体型モジュール１６０は、マンホール１７６に設置される。この複数のマンホール１７６に設置された複数の一体型モジュール１６０は、ネットワーク１７７を介してサーバ１７５と接続される。
　なお、例えば、サーバ１７５を備えた車両を走行させ、この車両が各マンホール１７６に設置された一体型モジュール１６０に近接するたびに一体型モジュール１６０からサーバ１７５に近距離無線通信でデータが送信されるようになっていても良い。また、一体型モジュール１６０は、マンホール１７６の構造体であれば、どこに設置されても良い。
　この一体型モジュール１６０は、センサ１６３の検出対象又はセンサ１６３の種類に応じて、マンホール１７６の構造体である蓋１７８やコンクリート管１７９などに固定される。一体型モジュール１６０に備えられた熱電変換素子は、マンホール１７６の構造体と熱的に接続され、マンホール１７６の構造体と外気又はマンホール１７６内部の温度との温度差により発電する。
　以下、本実施形態にかかる情報処理システム１７０の具体的な適用例について説明する。
［第１適用例］
　第１適用例では、図１７に示すように、情報処理システム１７０は、マンホール１７６の構造体（蓋１７８やコンクリート管１７９）の劣化を把握するために利用される。
　センサ１６３は、マンホール１７６内の温度、湿度、及び、マンホール１７６の構造体に作用する振動（加速度）等を検出し、センサ１６３で検出されたデータは、メモリ１６５に蓄積される。
　道路上を走る測定用の車両１８０がマンホール１７６上を通過する際に、コントローラ１６４は、通信回路１６６及びアンテナ１６７を介してメモリ１６５に蓄積されたデータを送信する。測定用の車両１８０に設けられたサーバ１７５は、データを回収する。
　サーバ１７５は、ＧＰＳ（Global Positioning System）による車両１８０の位置情報と回収されたデータとを組み合わせて、車内モニタに映し出された地図上に、回収されたデータを表示させる。温度、湿度、振動等が表示された情報から各マンホール１７６におけるコンクリート管１７９の劣化の度合いを推定することが可能となる。
　また、測定用の車両１８０の下部に、受信装置１８１に加え、マンホール１７６の蓋１７８の画像を取得するカメラ１８２を取り付け、マンホール１７６の蓋１７８（鉄部）の劣化を画像認識で判断することができるようにしても良い。この結果を元に、マンホール１７６の蓋１７８の交換時期を自治体に情報として販売するようにしても良い。ここで、データを回収する車両としては、特別な測定用の車両でなくとも、例えば自治体が運用するごみ収集車でも良い。ごみ収集車の底部に受信装置１８１やカメラ１８２を設置することで、回収費用をかけずに定期的にデータを回収することができる。
　また、センサ１６３は、マンホール１７６内に発生したガスの濃度を検出するものであっても良い。マンホール１７６内に発生するガスとしては、例えば、硫化水素ガスがある。下水道１８３で発生する硫化水素ガスは、マンホール１７６の構造体を急激に劣化させることが知られている。硫化水素ガスの発生は、近隣住民の苦情要因でもある。センサ１６３として硫化水素ガスセンサを用いることで、マンホール１７６の構造体の劣化予測精度向上とともに、住民の苦情に迅速に対応できるようになる。
　なお、第１適用例では、センサ１６３は、マンホール１７６内の温度、湿度、振動、及び、マンホール１７６内に発生したガスの濃度のうち少なくとも一つを検出できるものであれば良い。
　また、マンホール１７６内では湿度が常に高く、下水道１８３（又は上水道）の水がマンホール１７６内にあふれる可能性もある。また、マンホール１７６内部はほぼ一定温度だが、例えば蓋１７８では夏は高温、冬は低温になるうえ、さまざまな金属を溶かす硫化水素ガスなどが発生することが知られている。このような過酷な環境にあって、センサ１６３などの電子部品及び熱電変換素子を守り、かつ長期的な信頼性を保つことは重要である。この場合、一体型モジュール１６０を、センサ１６３などの電子部品及び熱電変換素子が樹脂で封止されたものとして構成することで、長期的な信頼性を保つことが可能となる。
［第２適用例］
　第２適用例では、図１８に示すように、情報処理システム１７０は、マンホール１７６と接続される下水道１８３の流量を予測するために利用される。
　センサ１６３には、例えば、水位計や流量計が用いられる。マンホール１７６に水位計や流量計であるセンサ１６３が設置されることで、きめ細かい下水道１８３の水位や流量の把握が可能となる。なお、図１８において、センサ１６３は一体型モジュール１６０に組み込まれているが、例えば、センサ１６３の代わりに、外部のセンサの動作を制御するセンサ制御部を設けても良い。この場合、センサ制御部は、下水道の１８３に配置された水位計や流量計などの図示していないセンサを制御し、そのセンサが検出した情報を取得するようにすれば良い。また、そのセンサが検出した情報は無線でセンサ制御部に送信されるようにしても良い。
　具体的には、下水道１８３の水位や流量は、１日に１回、あるいは１時間に１回、センサ１６３によって検出され、センサ１６３によって検出されたデータは、高速通信回線を通じてデータセンタ１８４のサーバ１７５に集められる。センサ１６３によって検出された下水道１８３の水位や流量のデータは、計測と同時に送信されるようにしても良いし、消費電力を低減するために、１日、あるいは１週間分を蓄積してから送信されるようにしても良い。なお、第１適用例と同様に、測定用の車両がデータを回収するようにしても良い。
　通常、雨水は、下水道１８３に流れ込むため、下水道１８３の水位や流量の予測は、降雨データと強く連動する。このため、センサ１６３によって集められた下水道１８３の水位や流量のデータと、気象庁の降雨データとを組み合わせて解析することで、例えば、下水道１８３の水が流れ込む河川の氾濫予測、注意報・警報情報を提供することが可能となる。
　下水道１８３の水位や流量のデータと、気象庁の降雨データとの解析結果から気象現象と下水道１８３の水位や流量との関係を確立することも可能となる。そして、気象庁の降雨データから各地における下水道１８３の水位や流量を予測して、この予測データを提供及び配信することに対して課金するようにしても良い。なお、住宅建築や居住状況、土地開発状況に応じて下水道１８３の水位や流量は年々変わるので、継続的なデータの更新が可能な本情報処理システム１７０は有用である。
　また、第２適用例において、情報処理システム１７０は、局所的な集中豪雨などが発生した場合における下水道１８３の水位や流量の計測にも利用可能である。都市の局所的な集中豪雨の際には、下水道１８３の作業者の安全確保や下水道１８３の氾濫を防ぐため、分単位で下水道１８３の水位や流量の測定及び情報発信が必要になる。この場合には、相対的に標高の低い少数のマンホール１７６に設置された一体型モジュール１６０に限定してデータを収集するようにすれば良い。
　水位を測定する一体型モジュール１６０の蓄電モジュール１６２には、前もって十分な蓄電を行っておくことが好ましい。コントローラ１６４は、通信回路１６６及び高速通信回線を通じて逐次データをサーバ１７５へ送信する。サーバ１７５は、受信したデータを作業者や氾濫近傍の居住者のスマートフォンやタブレットに警報を発させることができる。あるいは、特定のマンホール１７６上に測定用の車両が駐車して、近距離無線通信によって車両に設けたサーバにデータが回収されるようにしても良い。
［第３適用例］
　第３適用例では、図１９に示すように、情報処理システム１７０は、マンホール１７６のセキュリティ及び作業履歴に利用される。
　センサ１６３は、マンホール１７６の蓋１７８の開閉を検出する。このセンサ１６３には、例えば、加速度センサや開閉スイッチが用いられる。このセンサ１６３は、マンホール１７６の蓋１７８の開閉を検出するために、マンホール１７６の蓋１７８に生ずる加速度、及び、マンホール１７６の蓋１７８の開閉状態のうち少なくとも一つを検出すれば良い。マンホール１７６の蓋１７８の開閉に応じてセンサ１６３から出力されたデータ（信号）は、サーバ１７５にて受信される。
　この情報処理システム１７０によれば、下水道１８３等のセキュリティ対策（例えば、対爆弾テロなど）や、下水道１８３の清掃作業における作業履歴の確認を行うことができる。
［第４適用例］
　第４適用例では、図２０に示すように、情報処理システム１７０は、道路交通情報の取得に利用される。
　センサ１６３は、マンホール１７６上を通過する車両１８５，１８６，１８７を検出する。このセンサ１６３には、例えば、加速度センサ、磁気センサ、マイクロフォン等が用いられる。センサ１６３からは、マンホール１７６上を通過する車両の数に応じた信号が得られる。センサ１６３から出力されたデータ（信号）は、サーバ１７５にて受信される。
　この情報処理システム１７０によれば、現在の道路交通情報通信システムでは計測していないような細い道路や路地などでも渋滞情報を得ることができる。これにより、きめ細かい渋滞情報の提供が可能になる。
　また、センサ１６３の検出値の強弱から、マンホール１７６上を通過する車両１８５，１８６，１８７の種類（例えば、小型車、普通車、トラック等）を検出するようにしても良い。この場合、センサ１６３の検出値と車両の種類とを関連付けたデータセットを予めメモリ１６５に記憶しておけば良い。そして、コントローラ１６４が、センサ１６３の検出値と上記データセットとから車の種類を判定し、この車の種類の情報をサーバ１７５へ送信するようにすれば良い。これにより、マンホール１７６上を通過する車両の種類を把握することが可能となる。
　さらに、センサ１６３によって、マンホール１７６上を通過する車両１８５，１８６，１８７の個体識別情報が検出されても良い。例えば、センサ１６３として磁気センサが用いられた場合には、磁気センサの反応によって、車両の特徴が得られる可能性がある。つまり、例えば、車ごとに特徴的な磁気を発する媒体を車両に搭載することにより、個々の車両を識別できる。車種による都市の車の流れの違いを解析することで、特定の車両を特定の道路に誘導する計画立案など、都市道路のコントロールや都市評価につながる。
　なお、第４適用例では、センサ１６３は、マンホール１７６上を通過する車両の数、種類、個体識別情報のうち少なくとも一つを検出できるものであれば良い。
［第５適用例］
　第５適用例では、図２１に示すように、情報処理システム１７０は、降雨量の測定に利用される。
　センサ１６３には、例えば、気象予測用のＸバンドレーダが用いられる。Ｘバンドレーダの電波は、例えば豪雨時に豪雨エリアの先に届かず、また、山など大きな物体を超えられない。また、現状のレーダでは、突然発生したり急発達したりする豪雨エリアの発見及び追跡が困難なことが多い。高精度予測には高時間空間分解能が必要とされる。
　通常、Ｘバンドレーダの分解能は２５０ｍであるが、平均間隔が３０ｍあまりのマンホール１７６にセンサ１６３が設置されることで、はるかにきめ細かい気象観測が可能になり、局所的な集中豪雨などの計測及び予測に役立つと考えられる。センサ１６３から出力されたデータ（信号）は、サーバ１７５にて受信される。
　なお、上述の第１～第５適用例では、専用のサーバ１７５が用いられていたが、汎用のコンピュータがサーバ１７５として利用されても良い。また、サーバ１７５として機能する汎用のコンピュータにコントローラ１６４やサーバ１７５が行った動作を実行させるプログラムがインストールされ実行されても良い。また、この場合に、プログラムは、記録媒体で供給されても良いし、ネットワークからダウンロードされても良い。
［その他］
　なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能であり、適宜組み合わせることも可能である。
　１　熱電変換素子
　２　容器
　３　フィン
　３Ａ　ベース部
　３Ｘ　ヒートシンク
　４　熱伝導性シート
　４Ａ　高熱伝導性シート
　４Ｂ　低熱伝導性シート
　４Ｘ　穴（開口部）
　５　蓄熱材
　６　熱電変換モジュール
　７　伝熱部材（第２伝熱部材）
　７Ｘ　第１伝熱部材
　８　熱源
　９　電子部品
　１０　基板
　１０Ａ　開口部
　１１　外部接続端子
　１２　封止材
　１３　コネクタ
　１６０　一体型モジュール
　１６１　発電モジュール
　１６２　蓄電モジュール
　１６３　センサ
　１６４　コントローラ
　１６５　メモリ
　１６６　通信回路（通信部）
　１６７　アンテナ
　１６８　電力供給部
　１６９　通信部
　１７０　情報処理システム
　１７５　サーバ（コンピュータ）
　１７６　マンホール
　１７７　ネットワーク
　１７８　蓋
　１７９　コンクリート管
　１８０　車両
　１８１　受信装置
　１８２　カメラ
　１８３　下水道
　１８４　データセンタ
　１８５，１８６，１８７　車両

Claims (12)

  1. 　熱電変換素子と、
    　容器と、
    　前記容器内に設けられた蓄熱材と、
    　前記熱電変換素子の一方の側に熱的に接続され、前記容器よりも熱伝導率が高く、前記容器内で前記熱電変換素子から離れる方向へ延びており、前記蓄熱材に中に入れられているフィンと、
    　前記蓄熱材の中に設けられ、前記フィンが延びている方向に交差する方向に延びており、前記蓄熱材よりも熱伝導率が高い熱伝導性シートとを備えることを特徴とする熱電変換モジュール。
  2. 　前記熱伝導性シートは、開口部を備え、前記開口部に前記フィンが挿入されていることを特徴する、請求項１に記載の熱電変換モジュール。
  3. 　前記容器に設けられ、前記容器よりも熱伝導率が高い伝熱部材を備え、
    　前記熱電変換素子は、前記容器内に設けられており、前記一方の側の反対側が前記伝熱部材に熱的に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱電変換モジュール。
  4. 　前記容器外に設けられた伝熱部材を備え、
    　前記熱電変換素子は、前記容器外に設けられており、前記一方の側の反対側が前記伝熱部材に熱的に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱電変換モジュール。
  5. 　前記容器に設けられ、前記容器よりも熱伝導率が高い第１伝熱部材と、
    　前記容器外に設けられた第２伝熱部材とを備え、
    　前記熱電変換素子は、前記容器外に設けられており、前記一方の側が、前記第１伝熱部材を介して、前記フィンに熱的に接続されており、前記一方の側の反対側が、前記第２伝熱部材に熱的に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱電変換モジュール。
  6. 　開口部を有し、電子部品が搭載されている基板を備え、
    　前記熱電変換素子は、前記基板の前記開口部に設けられ、前記基板に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
  7. 　開口部を有し、電子部品が搭載されている基板を備え、
    　前記第１伝熱部材は、前記基板の前記開口部に設けられ、
    　前記熱電変換素子は、前記基板に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載の熱電変換モジュール。
  8. 　前記熱伝導性シートは、前記フィンに接触しないように設けられていることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
  9. 　前記熱伝導性シートは、前記フィンが延びている方向に沿って間隔をあけて複数設けられていることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
  10. 　前記熱伝導性シートは、前記フィンが延びている方向に沿って間隔をあけて少なくとも２つ設けられており、
    　前記熱伝導性シートは、一方の表面側に設けられ、かつ、前記蓄熱材よりも熱伝導率が高い高熱伝導性シートと、他方の表面側に設けられ、かつ、前記高熱伝導性シートよりも熱伝導率が低い低熱伝導性シートとを含み、
    　少なくとも２つの前記熱伝導性シートは、前記蓄熱材を挟んで前記高熱伝導性シートと前記低熱伝導性シートとが対向するように設けられていることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
  11. 　センサと、
    　前記センサに電気的に接続された、請求項１～１０のいずれか１項に記載の熱電変換モジュールとを備えることを特徴とするセンサモジュール。
  12. 　請求項１１に記載のセンサモジュールと、
    　前記センサモジュールによって得られたデータを処理するコンピュータとを備えることを特徴とする情報処理システム。
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