(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱電変換素子と、
前記第１熱電変換素子に熱的に接続され、１００℃以下で発熱・吸熱を伴う可逆的な化学反応をする化合物が入っている第１槽と、
第２熱電変換素子と、
前記第１槽に輸送路を介して接続されており、前記化合物の化学反応による生成物の少なくとも一種類が入っている第２槽とを備え、
前記第１槽は、前記化合物としての化学蓄熱材が蓄熱・発熱する蓄熱槽であり、
前記第２槽は、前記生成物の少なくとも一種類が蒸発する蒸発槽と、前記蒸発槽に連通路を介して接続されており、前記生成物の少なくとも一種類が凝縮する凝縮槽とを備え、
前記第２熱電変換素子は、前記蒸発槽に熱的に接続される
ことを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項２】
複数の前記第２槽を備えることを特徴とする、請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記複数の第２槽のそれぞれに熱的に接続される複数の前記第２熱電変換素子を備えることを特徴とする、請求項２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記輸送路の端部は、前記第２槽の中の前記生成物に接していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記輸送路は、伝熱材料からなり、断熱材で被覆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。
【請求項６】
一端が前記輸送路に取り付けられ、他端が熱源に熱的に接続される伝熱シートを備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
センサと、
前記センサに電気的に接続された、請求項１〜６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。
【請求項８】
請求項７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
例えば図１１に示すように熱電変換モジュールを構成し、熱電変換素子の一方の面に熱源を接触させ、他方の面には例えば伝熱フィンを介して潜熱蓄熱材（ＰＣＭ；Phase Change Material）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、潜熱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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６７４７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／１３２５３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような潜熱蓄熱材を用いた熱電変換モジュールでは、潜熱蓄熱材は潜熱量があまり大きくなく、十分な潜熱量を確保するために潜熱蓄熱材の量を多くすることが必要であるため、小型化を図りながら、十分な発電量が得られるようにするのは難しい。
例えば複数のモータを熱源として利用し、上述のような潜熱蓄熱材を用いた熱電変換モジュールによって発電を行なう場合、十分な発熱量が得られるにようにすると、各モータに設けられる熱電変換モジュールが大型化してしまうことになる。
【０００６】
本発明は、小型化を図りながら、十分な発電量が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、熱電変換モジュールは、第１熱電変換素子と、第１熱電変換素子に熱的に接続され、１００℃以下で発熱・吸熱を伴う可逆的な化学反応をする化合物が入っている第１槽と、第２熱電変換素子と、第１槽に輸送路を介して接続されており、化合物の化学反応による生成物の少なくとも一種類が入っている第２槽とを備える。第１槽は、化合物としての化学蓄熱材が蓄熱・発熱する蓄熱槽であり、第２槽は、生成物の少なくとも一種類が蒸発する蒸発槽と、蒸発槽に連通路を介して接続されており、生成物の少なくとも一種類が凝縮する凝縮槽とを備え、第２熱電変換素子は、蒸発槽に熱的に接続される。
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。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
１つの側面として、小型化を図りながら、十分な発電量が得られるようにすることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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図である。
【図２】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図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、化学蓄熱材としてＬｉＯＨ／ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ系の無機水和物を用いた場合の動作を説明するための模式図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態にかかる熱電変換モジュールにおいて化学蓄熱材としてＬｉＯＨ／ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ系の無機水和物を用いた場合の動作を説明するための模式図である。
【図５】ＬｉＯＨ／ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ系の圧力−温度（Ｐ−Ｔ）線図である。
【図６】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図である。
【図７】（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の構成を示す模式図である。
【図８】（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の構成における第１熱源及び第２熱源の動作パターンを説明するための図である。
【図９】（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の構成を示す模式図である。
【図１０】（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の構成における動作を説明するための模式図である。
【図１１】潜熱蓄熱材を用いた熱電変換モジュールの構成を示す模式図である。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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１１を参照しながら説明する。
【００１２】
本実施形態にかかる熱電変換モジュールは、図１に示すように、第１熱電変換素子１と、第１熱電変換素子１に熱的に接続され、１００℃以下で発熱・吸熱を伴う可逆的な化学反応をする化合物２が入っている第１槽３と、第１槽３に輸送路（水蒸気輸送路）４を介して接続されており、化合物２の化学反応による生成物（反応生成物）５の少なくとも一種類が入っている第２槽６とを備える。
【００１３】
なお、熱電変換モジュールを、熱電モジュール、熱電発電装置又は発電装置ともいう。また、熱電変換素子を、熱電デバイス又は熱電素子ともいう。
本実施形態では、第１槽３は、化合物２としての化学蓄熱材が蓄熱・発熱する蓄熱槽である。また、第２槽６は、生成物５の少なくとも一種類が蒸発（気化）・凝縮する蒸発・凝縮槽である。また、輸送路４の端部は、第２槽６の中の生成物５に接している。なお、第１槽３、第２槽６及び輸送路４は、例えばプラスチックなどの断熱材からなるものとすれば良い。
【００１４】
ここで、発熱・吸熱を伴う可逆的な化学反応の反応熱を利用した蓄熱を化学蓄熱といい、ここでは、化学蓄熱材２は、１００℃以下の低温（低温帯）で反応可能な化合物であって、例えば、５０℃近辺から脱水反応・水和反応を起こす無機水和物である。
このような無機水和物としては、例えば、水酸化リチウム水和物［化学式ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ；分解温度（反応温度）６０℃；反応熱量１４４０ｋＪ／ｋｇ］、水酸化バリウム水和物［Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏ；分解温度（反応温度）５０℃；反応熱量１１７５ｋＪ／ｋｇ］、リン酸ナトリウム水和物［Ｎａ３ＰＯ４・３Ｈ２Ｏ；分解温度（反応温度）６０℃；反応熱量１２００ｋＪ／ｋｇ］などを挙げることができる。このような無機水和物は、反応熱量が大きく、潜熱蓄熱材の潜熱量よりも一桁大きい。
【００１５】
また、反応生成物５の少なくとも一種類は、水である。
このため、第１槽３としての蓄熱槽には、化合物２としての化学蓄熱材が入っており、化学蓄熱材２が脱水反応・水和反応を起こして蓄熱・発熱するようになっている。また、第２槽６としての蒸発・凝縮槽には、反応生成物５としての水が入っており、水５が蒸発・凝縮するようになっている。
【００１６】
なお、化学蓄熱材２としては、例えば、水素系Ｍｇ＋Ｈ２＝ＭｇＨ２（反応温度２８７℃；反応熱２９００ｋＪ／ｋｇ）、二酸化炭素系ＣａＯ＋ＣＯ２＝ＣａＣＯ３（反応温度８３０℃；反応熱１７８０ｋＪ／ｋｇ）、水系ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ＝Ｃａ（ＯＨ）２（反応温度４８０℃；反応熱１４８０ｋＪ／ｋｇ）、アンモニア系ＦｅＣｌ２・ＮＨ３＋ＮＨ２＝ＦｅＣｌ２・２ＮＨ３（反応温度２７８℃；反応熱１１７ｋＪ／ｋｇ）などもあるが、これらは反応に伴う熱量は大きいが、反応温度が高すぎて特殊な状況でしか使うことができない。
【００１７】
そして、上述のように構成される熱電変換モジュール７に含まれる第１熱電変換素子１は、例えば、伝熱部品８を介して、第１熱源９に熱的に接続される。この場合、熱電変換モジュール７の第１熱源９上に設けられる第１槽３のサイズを小型化することができる。また、第２槽６は、どこに設置しても良いため、設置自由度が大きい。
ところで、図２に示すように、第２槽６に熱的に接続される第２熱電変換素子１０を備えるものとし、例えば、伝熱部品１１を介して、第２熱源１２に熱的に接続されるようにしても良い。
【００１８】
この場合、第１熱電変換素子１及び第２熱電変換素子１０は、それぞれ、交互に動作し、化合物２の反応温度をまたいで温度変化する第１熱源９及び第２熱源１２に熱的に接続される。ここでは、第１熱電変換素子１及び第２熱電変換素子１０は、それぞれ、伝熱部品８、１１を介して、第１熱源９及び第２熱源１２に熱的に接続される。
ここで、第１熱源９は、例えば空調機械室などに設けられる複数のモータの中の一のモータであり、この一のモータ９の表面上に第１熱電変換素子１が設けられている。また、第２熱源１２は、複数のモータの中の一のモータとは異なる他のモータであり、この他のモータ１２の表面上に第２熱電変換素子１０が設けられている。なお、ここでは、第１熱源９及び第２熱源１２をモータとしているが、交互運転されるもの、断続的に稼動と休止を繰り返すもの、温度変化の周期が異なるものであれば良く、例えばポンプやボイラなどであっても良い。
【００１９】
ここでは、第１熱源９としての一のモータと、第１熱源９と異なる第２熱源１２としての他のモータは、例えば１２時間交代で間欠動作するようになっている。また、これらのモータ９、１２は、動作停止中は表面温度が室温（約２５℃）であり、動作中は表面温度が約７５℃となる。つまり、上述の化合物２としての化学蓄熱材の反応温度をまたいで温度変化するようになっている。
【００２０】
このように、本実施形態にかかる熱電変換モジュール７は、環境発電として熱電発電を行なう場合に、例えば複数のモータを熱源９、１２として利用し、潜熱蓄熱材に代えて化学蓄熱材２を用いて熱電変換素子１、１０の両側に温度差を生じさせて従来よりも高効率に発電電力を得るものである。
なお、ここでは、第２槽６に熱的に接続される第２熱電変換素子１０を備えるものとしているが、これに限られるものではなく、第２熱電変換素子１０を備えないものとしても良い（例えば図１参照）。
【００２１】
以下、化学蓄熱材２として６０℃から脱水反応が可能なＬｉＯＨ／ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ系の無機水和物を用いた場合を例に挙げて説明する。
まず、ＬｉＯＨ／ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ系の無機水和物を用いた場合、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように動作する。
つまり、まず、図３（Ａ）に示すように、化学蓄熱材ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏを入れた槽（第１槽；蓄熱槽）が加熱され、化学蓄熱材ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏが吸熱し、脱水開始温度である６０℃になると、脱水反応、即ち、下記式の左から右への反応が進む。この場合、脱水された水（水蒸気）は、予め水が入れられている槽（第２槽；水槽）へ送られ、そこで凝集し、液体の水になり、放熱する。なお、sはsolidであり、gはgasである。
ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ(s)＋１４４０kJ/kg⇔ＬｉＯＨ(s)＋Ｈ２Ｏ(g)
一方、水槽の中の水が吸熱して蒸発し、水槽から蓄熱槽へ水蒸気が送られると、図３（Ｂ）に示すように、逆反応である発熱反応、即ち、上記式の右から左への反応が進む。この場合、化学蓄熱材の温度が上昇し、放熱する。
【００２２】
このように、ＬｉＯＨ／ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ系の無機水和物を用いた場合、以下のような吸熱反応（脱水反応）、発熱反応（放熱反応；水和反応）、凝縮（凝集）、気化（蒸発）が起こる。なお、sはsolidであり、gはgasであり、lはliquidである。
吸熱反応：ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ(s)＋１４４０kJ/kg→ＬｉＯＨ(s)＋Ｈ２Ｏ(g)・・・（１）
凝縮：Ｈ２Ｏ(g)→Ｈ２Ｏ(l)＋２４３０kJ/kg・・・（２）
発熱反応：ＬｉＯＨ(s)＋Ｈ２Ｏ(g)→ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ(s)＋１４４０kJ/kg・・・（３）
気化：Ｈ２Ｏ(l)＋２４３０kJ/kg→Ｈ２Ｏ(g)・・・（４）
次に、このようなＬｉＯＨ／ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ系の無機水和物を用いて、上述の実施形態の熱電変換モジュール７を構成した場合の動作について、図４（Ａ）、図４（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、図４（Ａ）に示すように、化学蓄熱材２としてのＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏを入れた槽（第１槽；蓄熱槽）３が熱電変換素子（第１熱電変換素子）１を介して熱的に接続される熱源（第１熱源；例えば一のモータ）９が高温状態（動作中）になっており、反応生成物５としての水が入れられている槽（第２槽；水槽）６が熱電変換素子（第２熱電変換素子）１０を介して熱的に接続される熱源（第２熱源；例えば他のモータ）１２が低温状態（動作停止中）になっている場合は、以下のように動作する。なお、符号４は輸送路、符号８、１１は伝熱部品を示している。
【００２４】
つまり、図４（Ａ）に示すように、化学蓄熱材２としてのＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏを入れた蓄熱槽３が高温の第１熱源９によって加熱され、反応温度に達すると脱水反応［上記式（１）参照］が開始する。
脱水反応が起こっている間は、第１熱源９から投入された熱量は分解反応に使われるため、化学蓄熱材２の温度はほぼ一定である。
【００２５】
ここでは、第１熱電変換素子１は、第１熱源９と蓄熱槽３の間に設置されており、第１熱源９と蓄熱槽３の中の化学蓄熱材２の温度差ΔＴで発電する。第１熱源９の温度が上昇しても、化学蓄熱材２の温度が変化しない間は、大きな発電量が得られる。
一方、脱水された水（水蒸気）５は、予め水が入れられている水槽６（ここでは加熱されていない槽）へ送られて、そこで液体の水になる［上記式（２）参照］。ここでは、水槽６の中に予め水が入れられており、その水の中に水蒸気５が投入されるようになっており、凝集潜熱によって水が温度上昇する。ここでは、第２熱電変換素子１０は、第２熱源１２と水槽６の間に設置されており、凝集（凝集潜熱）によって水温が上昇し、低温（室温）の第２熱源１２との間に温度差ΔＴが生じて発電が可能となる。
【００２６】
次に、図４（Ｂ）に示すように、化学蓄熱材２としてのＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏを入れた槽（第１槽；蓄熱槽）３が熱電変換素子（第１熱電変換素子）１を介して熱的に接続される熱源（第１熱源；例えば一のモータ）９が低温状態（動作停止中）になっており、反応生成物５としての水が入れられている槽（第２槽；水槽）６が熱電変換素子（第２熱電変換素子）１０を介して熱的に接続される熱源（第２熱源；例えば他のモータ）１２が高温状態（動作中）になっている場合は、以下のように動作する。なお、符号４は輸送路、符号８、１１は伝熱部品を示している。
【００２７】
つまり、図４（Ｂ）に示すように、脱水反応が終了し、ＬｉＯＨのみとなった蓄熱槽３の加熱が終了して冷却されると（ここでは一のモータ９が停止し、室温に戻ると）、逆反応、即ち、発熱反応［上記式（３）参照］が起こり、化学蓄熱材２の温度が上昇する。
ここでは、第１熱電変換素子１は、第１熱源９と蓄熱槽３の間に設置されており、第１熱源９の温度は下がって低温（室温）になっているため、発熱する蓄熱槽３との間に温度差ΔＴが発生して発電できる。
【００２８】
上述の発熱反応が起こるには、少なくともＬｉＯＨと同ｍｏｌ以上の十分な水蒸気が必要であるが、高温の第２熱源１２によって水槽６が加熱されると水５が蒸発し［上記式（４）参照］、水蒸気５が蓄熱槽３へ送られ、上述の発熱反応が起こることになる。ここでは、第２熱電変換素子１０が、第２熱源１２と水槽６の間に設置されており、水５の顕熱によって、高温の第２熱源１２との間に温度差ΔＴが生じて発電が可能となる。
【００２９】
上述のような化学蓄熱材２の反応が循環するためには、蓄熱槽３と水槽６が熱源９、１２によって交互に加熱されることが望ましい。例えば、昨今の工場やデータセンタなど、特に常時稼働が求められる施設においては、例えばポンプやモータなどを冗長性をもたせて配置し、２台以上を交互に運転しているため、このようなものを熱源９、１２として利用するのが好ましい。つまり、交互運転し、交互に温度上昇、下降が繰り返される設備（例えばモータやポンプなど）の表面に上述の実施形態の熱電変換モジュール７を設置することで、上述の反応［上記式（１）〜（４）参照］が持続的に繰り返されることになる。
【００３０】
ここで、図５は、ＬｉＯＨ／ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ系の圧力−温度（Ｐ−Ｔ）線図を示している。
蓄熱槽３側の熱源９が６０℃〜７０℃まで上昇して脱水反応が起こり、水蒸気５が水槽６側に送られる。この時の飽和蒸気圧が３ｋＰａで、温度３０℃の時の水の飽和蒸気圧なので、水槽６側が加熱されておらず、３０℃以下であると凝縮が進む。
【００３１】
熱源９、１２の発熱が交代し、水槽６側の熱源１２が６０℃〜７０℃となると、その時の水蒸気圧は２０ｋＰａで、蓄熱槽３側に送られる。蓄熱槽３側の熱源９は停止しているため、６０℃以下から室温程度まで下がっている。蓄熱槽３で水和反応が起こり、発熱するが、水蒸気圧２０ｋＰａの時の熱出力温度は約１００℃となる。
また、Ｐ−Ｔ線図から、水槽６側の熱源温度が十分でない場合も、反応を進めることが可能であるとわかる。例えば、４５℃くらいまでの上昇だとすると、その時の飽和水蒸気圧は約１０ｋＰａで熱出力温度は約８５℃と、取り出せる温度が低くなる。さらには、水槽６側の温度が変わらず３０℃であった場合でも、３０℃の飽和蒸気圧は３０℃のＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ⇔ＬｉＯＨ＋Ｈ２Ｏ水蒸気圧よりも高いため、水和反応が進む。しかし、この場合、反応速度は非常に遅くなる。実際の交互運転は半日や一日交代とスパンが長いため、水和反応は十分に進み、次の熱源の温度上昇の際には、脱水反応が開始されると考えられる。
【００３２】
したがって、本実施形態にかかる熱電変換モジュールは、小型化を図りながら、十分な発電量が得られるようにすることができるという効果を有する。つまり、熱電変換モジュール７の小型化、高性能化を実現することができる。
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、他方の面には潜熱蓄熱材を接触させる（例えば図１１参照）。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。
【００３８】
例えば、熱源には、断続的に稼働と休止を繰り返すモータやボイラが用いられる。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、潜熱蓄熱材は、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。
【００３９】
また、潜熱蓄熱材は、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、潜熱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、これらの熱量が潜熱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。
【００４０】
潜熱蓄熱材は、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、潜熱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潜熱蓄熱材に流れ込んだ熱量の積分値が、潜熱蓄熱材の潜熱量に達すると潜熱蓄熱材が全て融解する。したがって、潜熱蓄熱材の潜熱量を越えると、潜熱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。
【００４１】
このタイプの熱電変換モジュールでは、潜熱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。
しかしながら、潜熱蓄熱材を用いた熱電変換モジュールは、潜熱蓄熱材の物性、即ち、相転移点（融点）及び潜熱量によって発電装置としての性能が左右される。
【００４２】
ここで、代表的な潜熱蓄熱材としては、例えば、塩化カルシウム水和物［化学式ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ；融点２９．７℃；潜熱量１９２ｋＪ／ｋｇ］、チオ硫酸ナトリウム水和物［化学式Ｎａ２Ｓ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ；融点４８℃；潜熱量２５１ｋＪ／ｋｇ］、酢酸ナトリウム水和物［化学式ＣＨ３ＣＯＯＨ・３Ｈ２Ｏ；融点５８℃；潜熱量２６４ｋＪ／ｋｇ］などの無機水和塩、パラフィン［化学式ＣｎＨ２ｎ＋２；融点−３０℃〜４５℃；潜熱量１６０ｋＪ／ｋｇ〜２５０ｋＪ／ｋｇ］などの有機化合物がある。
【００４３】
これらの潜熱蓄熱材は、融点が比較的低く、自然環境や住環境のなかで発生する温度差を利用することが可能である。
しかしながら、潜熱量はあまり大きくない。
このため、十分な潜熱量を確保するためには、潜熱蓄熱材の量を多くすることが必要であり、装置が大型化するという課題がある。
【００４４】
例えば、半日切替えで間欠運転するモータで、その表面温度が最大７５℃、最低２５℃、平均５０℃であり、その表面に潜熱蓄熱材としてパラフィンを用いた熱電変換モジュールを設置して発電する場合の潜熱蓄熱材の体積を計算すると、以下のようになる。
潜熱蓄熱材としては、融点５０℃、融解潜熱２５０ｋＪ／ｋｇであるパラフィンを用い、熱電変換素子とその他伝熱部品の熱抵抗が合計３Ｋ／Ｗである場合、動作している時間１２時間での潜熱蓄熱材の潜熱量は２５０ｋＪ必要である。必要な潜熱量の１．３倍の潜熱量が必要として、必要となるパラフィンの重量は１．５ｋｇ、比重は０．７７であるため、必要な体積は１．８Ｌである。これは１辺１３ｃｍくらいの立方体となり、更に、潜熱を放熱しないようにするため、少なくとも１．５ｃｍ程度の断熱材が必要となる。つまり、１辺１５ｃｍ以上の立方体となり、モータに設置するにはかなり大きく、温度差が大きくなれば更に必要潜熱量が多くなるため、容量は大きくなる。
【００４５】
このように、潜熱蓄熱材を用いた熱電変換モジュールでは、潜熱蓄熱材は潜熱量があまり大きくなく、十分な潜熱量を確保するために潜熱蓄熱材の量を多くすることが必要であるため、小型化を図りながら、十分な発電量が得られるようにするのは難しい。
例えば複数のモータを熱源として利用し、上述のような潜熱蓄熱材を用いた熱電変換モジュールによって発電を行なう場合、十分な発熱量が得られるにようにすると、各モータに設けられる熱電変換モジュールが大型化してしまうことになる。
【００４６】
そこで、小型化を図りながら、十分な発電量が得られるようにすべく、上述のように構成し、環境発電として熱電発電を行なう場合に、例えば複数のモータを熱源として利用し、潜熱蓄熱材に代えて化学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て従来よりも高効率に発電電力が得られるようにしている。また、それぞれの熱源に、潜熱蓄熱材を用いた熱電変換モジュールを設ける場合と比較して、小型化を図ることができるようにしている。
【００４７】
なお、例えば、内燃機関の排気系に熱電素子を配置し、排ガスの熱を利用して発電するものもあり、内燃機関の運転状態に関わらず熱電素子の発電能力を保持するために、加熱手段として、２５０℃〜４５０℃程度の高温の排ガスの熱によって反応するマグネシウム化合物を用いた化学ヒートポンプを利用するものもある。しかしながら、２５０℃〜４５０℃程度の高温で反応する化合物を用いており、１００℃以下で化学反応をする化合物と異なり、環境発電として熱電発電を行なうのに用いるのは難しい。
【００４８】
なお、上述の実施形態では、脱水・水和反応は、発生した水蒸気がほとんど輸送可能であることを前提として説明しているが、上述の実施形態（例えば図２参照）のように、蓄熱槽３と水槽６を別々の熱源９、１２上に離れた状態で設置する場合には、水蒸気輸送中の結露を防止するのが好ましい。
そこで、輸送路４を断熱材で断熱することが考えられる。
【００４９】
この場合、輸送路４をプラスチックなどの断熱材からなるものとしても良いが、例えば、輸送路４を金属等の高熱伝導率の材料からなるものとし、この輸送路４を、図６に示すように、例えば発泡材などの断熱材１３で被覆するのが好ましい。つまり、熱電変換モジュール７において、輸送路４を、伝熱材料（例えば金属等の高熱伝導率の材料など）からなり、断熱材（例えば発泡材など）１３で被覆されているものとするのが好ましい。この場合、輸送路４は、伝熱管（例えば金属管；金属配管）からなり、これを断熱材（例えば発泡材）１３で被覆したものとなる。
【００５０】
さらに、輸送路４を加熱することも考えられる。
だだし、加熱に電力を使うのは本末転倒であるため、例えば熱電変換モジュール７を設置している熱源９、１２の熱を輸送路４に供給することが考えられる。
例えば、図６に示すように、金属シートやグラファイトシートなどの熱伝導性材料からなるシート（伝熱シート；例えば厚さ約０．２ｍｍのグラファイトシート）１４、１５などを用い、その一端を輸送路４の表面に貼り、もう一端を熱源９、１２に貼るなどすることによって、熱源９、１２の熱を輸送路４に供給して結露を防ぐのが有効であると考えられる。
【００５１】
この場合、熱電変換モジュール７は、一端が輸送路４に取り付けられ、他端が熱源９、１２に熱的に接続される伝熱シート１４、１５を備えることになる。
また、輸送路４を、伝熱管からなるものとし、これを断熱材１３で被覆したものとする場合には、伝熱シート１４、１５の一端を輸送路（伝熱管；例えば金属管）４と断熱材（例えば発泡材）１３との間に設ければ良い。
【００５２】
例えば、２つの伝熱シート１４、１５を用い、一方の伝熱シート１４の一端を輸送路４（伝熱管；例えば金属管）と断熱材１３（例えば発泡材）との間に設け、他端を蓄熱槽３が熱的に接続されている熱源（第１熱源）９に熱的に接続するとともに、他方の伝熱シート１５の一端を輸送路４（伝熱管；例えば金属管）と断熱材１３（例えば発泡材）との間に設け、他端を水槽６が熱的に接続されている熱源（第２熱源）１２に熱的に接続することで、伝熱管４と熱源９、１２を伝熱シート１４、１５を介して熱的に接続すれば良い。なお、伝熱シート１４、１５の他端は、第１熱源９及び第２熱源１２の少なくとも一方に熱的に接続すれば良い。
【００５３】
このようにして、水蒸気が往来する経路（輸送路４）を断熱し、更に、その経路を熱源と熱的に接触させ、経路内に熱を伝えることによって、水蒸気を経路内で結露させることなく、蓄熱槽３又は水槽６に送ることが可能となる。
なお、図６では、伝熱シート１４、１５を備える場合を例示しているが、伝熱シート１４、１５を備えないものとし、断熱材１３で被覆されているだけのものとしても良い。
【００５４】
また、上述の実施形態では、１つの蓄熱槽（第１槽）３に輸送路４を介して１つの水槽（第２槽）６を接続する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、１つの蓄熱槽（第１槽）に輸送路を介して複数の水槽（第２槽）を接続しても良い。この場合、複数の水槽（第２槽）のそれぞれに熱的に接続される複数の第２熱電変換素子を備えるものとしても良い。
【００５５】
例えば、後述の実施例のように、化学蓄熱材を用いることで、その重量は８７ｇと少なくすることができるため、図７（Ａ）に示すように、蓄熱槽３は例えば０．２Ｌと小型化することができる。これに対し、水槽６は、蒸発潜熱による水温の上昇を例えば２０℃程度に抑えようとすると、１Ｌ程度になってしまう場合がある。しかしながら、この場合も、それぞれの熱源に、潜熱蓄熱材を用いた熱電変換モジュールを設ける場合と比較して、小型化を図ることができる。
【００５６】
また、例えば熱源の大きさなどの制約から、水槽６の小型化も図りたい場合には、例えば、図７（Ｂ）に示すように、水槽６を０．２５Ｌずつに分割して、それぞれの水槽６Ａ〜６Ｄを別々の熱源１２Ａ〜１２Ｄに設置し、それぞれの水槽６Ａ〜６Ｄを蓄熱槽３につなげることで、必要な水量を確保することも可能である。これにより、熱源９、１２Ａ〜１２Ｄの上に載せられる蓄熱槽３及び水槽６Ａ〜６Ｄの全てを小型化することができる。なお、１Ｌの水槽６を設置する場合とトータルの発電量は変わらない。
【００５７】
この場合、蓄熱槽（第１槽）３が第１熱電変換素子１を介して熱的に接続される第１熱源９の動作パターンを図８（Ａ）に示すようにし、水槽（第２槽）６Ａ〜６Ｄが第２熱電変換素子を介して熱的に接続される複数の第２熱源１２Ａ〜１２Ｄの動作パターンを図８（Ｂ）に示すようにして、交互に動作するようにすれば良い。
また、例えば、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、水槽６を蒸発槽６Ｘと凝縮槽６Ｙに分離しても良い。
【００５８】
ここでは、蓄熱槽３から延びる輸送路４は凝縮槽６Ｙと蒸発槽６Ｘに別々に接続し、凝縮槽６Ｙでは、その一端が水５に接するようにする。また、凝縮と蒸発を繰り返すように、凝縮槽６Ｙと蒸発槽６Ｘを連通路１６で繋げて、水５が出入りできるようにする。また、蓄熱槽３は、第１熱電変換素子１を介して第１熱源９に熱的に接続し、蒸発槽６Ｘは、第２熱電変換素子１０を介して第２熱源１２に熱的に接続する。
【００５９】
この場合、熱電変換モジュール７は、第１槽３として、化合物２としての化学蓄熱材が蓄熱・発熱する蓄熱槽を備え、第１槽３に輸送路４を介して接続されている第２槽６として、生成物５の少なくとも一種類が蒸発する蒸発槽６Ｘと、蒸発槽６Ｘに連通路１６を介して接続されており、生成物５の少なくとも一種類が凝縮する凝縮槽６Ｙとを備えるものとなる。そして、蓄熱槽３に熱的に接続される第１熱電変換素子１に加え、蒸発槽６Ｘに熱的に接続される第２熱電変換素子１０を備えるものとなる。
【００６０】
このように構成する場合、蓄熱槽３が接している第１熱源９の温度が上昇して、蓄熱槽３で脱水反応が起こっている場合、図１０（Ａ）に示すように、水蒸気が輸送路４を介して凝縮槽６Ｙへ送られ、凝縮槽６Ｙの中で凝縮し、水量が増大するとともに、水温が上昇する。このとき、蒸発槽６Ｘと蓄熱槽３を接続する輸送路４に、図９（Ｂ）に示すように、時間によって開閉する弁１７を設けておき、この弁１７が閉じられていて、水蒸気が蒸発槽６Ｘへ送られないようにしても良い。
【００６１】
一方、蒸発槽６Ｘが接している第２熱源１２の温度が上昇すると、図１０（Ｂ）に示すように、蒸発槽６Ｘの中の水５が蒸発して、水蒸気が輸送路４を介して蓄熱槽３へ送られ、蓄熱槽３で水和反応が起こることになる。この結果、蒸発槽６Ｘや凝縮槽６Ｙの中の水量は減少する。
なお、凝縮槽６Ｙは、熱源に接しておらず、凝縮槽６Ｙの中の水５の温度（水温）は常に周辺温度付近である。
【００６２】
また、凝縮槽６Ｙの水量は例えば１Ｌ程度で、図１０（Ａ）に示すように、凝縮によって増加した分が連通路１６を介して蒸発槽６Ｘへ流れ込む。その結果、蒸発槽６Ｘの水量は、水和に必要な量（例えば後述の実施例では約３７．４３ｇ）を確保することができる。なお、空焚き防止のため、第２熱源１２の温度上昇前にはそれ以上の水５が蒸発槽６Ｘに入っていることが望ましい。
【００６３】
このようにして水槽６を凝縮槽６Ｙと蒸発槽６Ｘに分離することで、凝縮槽６Ｙの設置自由度が増し、凝縮槽６Ｙの水量を十分確保して水温上昇を適切な範囲に抑えることができ、また、第２熱源１２上に設置する蒸発槽６Ｘのサイズを蓄熱槽３のサイズ程度に小さくすることが可能となる。
また、水槽６を蒸発槽６Ｘと凝縮槽６Ｙに分離した場合も、第１熱電変換素子１を蓄熱槽３に熱的に接続し、第２熱電変換素子１０を蒸発槽６Ｘに熱的に接続することで、トータルで得られる発電量は変わらない。
【００６４】
さらに、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように、凝縮槽６Ｙに他の熱電変換素子１８を介して放熱フィン（空冷フィン）２０を熱的に接続したり、凝縮槽６Ｙを他の熱電変換素子１９を介して床面や壁面などに熱的に接続したりすることで、発電量を増加させることも可能である。この場合、凝縮槽６Ｙを熱源として用いることになる。
［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。
【００６５】
熱源は、空調機械室におけるモータで、少なくとも２台が１２時間交代で間欠動作する。モータ表面温度は、動作停止中は約２５℃、動作中は約７５℃であった。
熱電変換素子（第１熱電変換素子及び第２熱電変換素子）は、Thermalforce製TEG254-200-12（０．１０３Ｖ／Ｋ、０．３５７Ｗ／Ｋ＝２．８Ｋ／Ｗ、１３Ω）を用いた。
化学蓄熱材としては、ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏを用いた。
【００６６】
発電装置の他の伝熱部品（蓄熱材への伝熱部品など）の熱抵抗は、合計して約１．２Ｋ／Ｗとし、反応温度は約６５℃とすると、化学蓄熱材への流入熱量は、１２時間合わせて１００ｋＪとなる。効率を８割位とすると、必要な潜熱量は約１２５ｋＪとなる。このため、必要なＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏの重量は、
１２５ｋＪ÷１４４０ｋＪ／ｋｇ＝０．０８７ｋｇ＝８７ｇ
となり、とても少量であることがわかった。
【００６７】
なお、蓄熱槽、水槽、輸送路（水蒸気輸送路）には、プラスチックを用い、断熱仕様とした。
まず、蓄熱槽側の発電量を計算する。
なお、蓄熱槽に熱的に接続された第１熱電変換素子に接続されているＤＣＤＣコンバータは、ＢＱ２５５０５（Texas Instruments Inc.）を用いたため、その効率も考慮する。
【００６８】
吸熱過程の発電量を計算する。なお、発熱過程もこの逆なのでほぼ同じとする。
熱源温度が一定の７５℃とすると、熱源と蓄熱槽の間の温度差は約１０℃であるから、熱電変換素子内の温度差ΔＴは、熱抵抗の比から約６．５℃で、開放電圧は約０．６７Ｖである。この時の効率を踏まえた電力は約７．０７ｍＷであるため、１２時間で発電可能な電力量は３０５Ｊである。
【００６９】
次に、水槽側の発電量を計算する。
水の比熱は、室温で約４．２ｋＪ／ｋｇ・Ｋ、凝縮（蒸発）潜熱は、約２２５７ｋＪ／ｋｇである。
脱水する水蒸気のモル数は、すべて脱水反応完了したとして、ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏと同じであるから、上記の必要なＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏの重量のモル質量比分３７．４３ｇであり、その凝縮潜熱量は約８４．４８ｋＪである。水槽の水量が１Ｌとして、水温の上昇温度は約２０．１℃である。熱電変換素子内の温度差ΔＴは、熱抵抗の比から約１３．１℃で、開放電圧は約１．３５Ｖであるが、これは水温上昇と共に徐々に上がっていくため、発電量の計算には平均値をとるため、約０．６７Ｖとする。この時の効率を踏まえた電力は約７．１６ｍＷであるため、１２時間で発電可能な電力量は３０９Ｊである。
【００７０】
ここで、例えば温湿度データをセンシングし、それを例えば１０分間隔で無線送信するために必要な電力は、１日で４０Ｊ（４０Ｊ／ｄａｙ）程度である。
上述のような化学蓄熱材を用いた発電では、蓄熱槽側、水槽側と交互に発電が可能であり、この必要な電力の１０倍以上の電力（発電量）が得られるため、様々なデータのセンシングなどを１つの熱電変換モジュール（発電システム）で賄うことが可能となる。
【００７１】
また、上述のように、必要なＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏの重量は８７ｇであるため、蓄熱槽は、例えばパラフィンなどの潜熱蓄熱材を用いる場合と比較して、重量比で１／１０とすることができ、小型化を図ることができる。また、それぞれのモータに、潜熱蓄熱材を用いた熱電変換モジュールを設ける場合と比較して、熱電変換モジュールの小型化を図ることもできる。
［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１２〜図１８を参照しながら説明する。
【００７２】
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１２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７が適用される。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７とを備える。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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（図１３参照）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（図１３参照）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（図１３参照）へ送信しても良い。
【００７６】
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とサーバ１７５（図１３参照）との間でデータの送受信を行う。なお、図１２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。
【００７７】
上述の一体型モジュール１６０は、例えば、図１３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。
【００７８】
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。
【００７９】
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１４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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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１５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。
【００８４】
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１５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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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１６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。
【００９０】
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。
【００９１】
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１７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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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１８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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
第１熱電変換素子と、
前記第１熱電変換素子に熱的に接続され、１００℃以下で発熱・吸熱を伴う可逆的な化学反応をする化合物が入っている第１槽と、
前記第１槽に輸送路を介して接続されており、前記化合物の化学反応による生成物の少なくとも一種類が入っている第２槽とを備えることを特徴とする熱電変換モジュール。
【００９９】
（付記２）
前記第２槽に熱的に接続される第２熱電変換素子を備えることを特徴とする、付記１に記載の熱電変換モジュール。
（付記３）
前記第１槽は、前記化合物としての化学蓄熱材が蓄熱・発熱する蓄熱槽であり、
前記第２槽は、前記生成物の少なくとも一種類が蒸発・凝縮する蒸発・凝縮槽であることを特徴とする、付記１又は２に記載の熱電変換モジュール。
【０１００】
（付記４）
複数の前記第２槽を備えることを特徴とする、付記１又は３に記載の熱電変換モジュール。
（付記５）
前記複数の第２槽のそれぞれに熱的に接続される複数の第２熱電変換素子を備えることを特徴とする、付記４に記載の熱電変換モジュール。
【０１０１】
（付記６）
前記第１槽は、前記化合物としての化学蓄熱材が蓄熱・発熱する蓄熱槽であり、
前記第２槽として、前記生成物の少なくとも一種類が蒸発する蒸発槽と、前記蒸発槽に連通路を介して接続されており、前記生成物の少なくとも一種類が凝縮する凝縮槽とを備え、
前記蒸発槽に熱的に接続される第２熱電変換素子を備えることを特徴とする、付記１に記載の熱電変換モジュール。
【０１０２】
（付記７）
前記第１熱電変換素子及び前記第２熱電変換素子は、それぞれ、交互に動作し、前記化合物の反応温度をまたいで温度変化する第１熱源及び第２熱源に熱的に接続されることを特徴とする、付記２、５、６のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
（付記８）
前記輸送路の端部は、前記第２槽の中の前記生成物に接していることを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【０１０３】
（付記９）
前記輸送路は、伝熱材料からなり、断熱材で被覆されていることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
（付記１０）
一端が前記輸送路に取り付けられ、他端が熱源に熱的に接続される伝熱シートを備えることを特徴とする、付記１〜９のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【０１０４】
（付記１１）
センサと、
前記センサに電気的に接続された、付記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。
（付記１２）
付記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。
【符号の説明】
【０１０５】
１  第１熱電変換素子
２  化合物（化学蓄熱材）
３  第１槽（蓄熱槽）
４  輸送路（水蒸気輸送路）
５  生成物（反応生成物；水）
６  第２槽（水槽）
６Ａ〜６Ｄ  水槽（第２槽）
６Ｘ  蒸発槽（水槽；第２槽）
６Ｙ  凝縮槽（水槽；第２槽）
７  熱電変換モジュール
８  伝熱部品
９  第１熱源
１０  第２熱電変換素子
１１  伝熱部品
１２  第２熱源
１２Ａ〜１２Ｄ  熱源（第２熱源）
１３  断熱材
１４、１５  伝熱シート
１６  連通路
１７  弁
１８、１９  他の熱電変換素子
２０  放熱フィン
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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