(57)【要約】【課題】熱電素子を利用して発電する場合に、熱電素子に印加される温度差が大きくなるよう工夫し、少なくとも１０ｍＷ以上の電力をバッテリレスで発電でき、かつ尿検査器と組み合わせることにより、尿の塩分等の詳細情報を無線を介して、携帯型の情報端末に電力を供給可能な尿発電機を提供する。【解決手段】尿１６の温度を利用する尿発電機であって、耐水性で絶縁性材料よりなる容器（紙コップ１１、１２、１３）を、大きさの順に三つ重ね、１番上の容器を尿注入容器とし、この容器の底面を熱が伝わり易い平面加工とするか、尿１６の重みで凸形状に変形する塩化ビニル膜、ポリエチレン膜、ポリプロピレン膜またはゴム膜を用いて弾力性の底とし、１番上の尿注入容器と２番目の容器との隙間に熱電素子１４を装着し、さらに上記２番目の容器と１番下の容器との間に冷却水１５を注入する。【選択図】図３
2005033950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿の温度を利用する尿発電機であって、耐水性で絶縁性の材料よりなる容器内に熱電素子を装着し、該熱電素子上に、密接して熱伝達性を良くする薄膜加工をした尿注入容器の底部の外側を重ね合わせ、該容器に尿を注入して発電することを特徴とする尿発電機。
【請求項２】
請求項１において、上記熱電素子を装着する容器として耐水性の紙コップを用い、また上記尿注入容器として耐水性の紙コップを用いて、該紙コップの底を上記熱電素子上に密接できるように薄く加工するか、または熱伝導性の良いプラスチック薄膜、または熱伝導性の良い金属をコーテイングした弾力性のある薄膜で底部を加工した耐水性の紙コップからなることを特徴とする尿発電機。
【請求項３】
請求項２において、上記熱電素子を装着する耐水性の紙コップの内側に、Ａｌ、ＮｉまたはＣｒ箔よりなる導電性シールを貼り、熱電素子と電気的に接続された電極を設け、該電極と上記導電性シールとを接続して、電極を外に取り出す構成としてなることを特徴とする尿発電機。
【請求項４】
尿の温度を利用する尿発電機であって、耐水性で絶縁性の材料よりなる容器を、大きさの順に三つ重ね、１番上の容器を尿注入容器となし、該容器の底面を熱が伝わり易いように薄く平面加工するか、あるいは尿の重みで凸形状に変形する塩化ビニル膜、ポリエチレン膜、ポリプロピレン膜またはゴム膜を用いて弾力性のある底に加工し、上記１番上の尿注入容器と２番目の容器との隙間に熱電素子を装着し、さらに上記２番目の容器と１番下の容器との間に冷却水を注入してなることを特徴とする尿発電機。
【請求項５】
請求項４において、上記三つの容器はいずれも耐水性の紙コップよりなり、上記１番上の尿注入容器である紙コップと２番目の紙コップとの隙間に熱電素子が装着され、該熱電素子には、プラス電極とマイナス電極が導電性シールにより取付けられ、電極を外部に取り出す構成となし、上記２番目の紙コップと１番下の紙コップの隙間には冷却水を注入し、かつ冷却水の温度上昇を抑制するために１番下の紙コップを上げ底構造としたことを特徴とする尿発電機。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の尿発電機において、上記熱電素子はＢｉ−Ｔｅ系半導体素子またはポリシリコン系半導体素子からなることを特徴とする尿発電機
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の尿注入容器および熱電素子からなる尿発電機と、尿分析用センサを有する尿分析機器および送信機からなる尿検査器とを、耐水性の絶縁性材料で構成した容器内に組み立て収納し、尿注入容器に尿を注入して熱電素子により発電して、尿分析機器および送信機を駆動させ、尿分析機器により得られた尿分析データを送信機により送信する手段とを少なくとも備えたことを特徴とする尿検査器。
【請求項８】
請求項７において、上記尿注入容器は耐水性の紙コップを用いることを特徴とする尿検査器。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の尿検査器において、上記熱電素子はＢｉ−Ｔｅ系半導体素子またはポリシリコン系半導体素子からなることを特徴とする尿検査器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿検査に用いる検査装置に関するもので、二つの容器の間に挟み込んだ熱電変換素子（熱電素子という）によって尿の温度で発電をする尿発電機と、その尿発電機から電力を供給して尿の分析とその結果を無線送信するバッテリレス携帯型情報端末用尿発電機および尿検査器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーをエネルギー源とする従来の発電構成を図７に示す（例えば、非特許文献１参照）。これは、熱のエネルギーを電気のエネルギーに変換する熱電素子を用いて、手の温度と室温の温度差を利用して、約１ｍＷの電力を発電し、この電力で送信機を駆動している。この場合、手の温度は約３２℃前後と体温（３７℃）まで上がらず、室温とは約５℃程度の温度差しか得られないので、さらに１桁以上の電力を得るためには、熱電素子に印加する温度差を大きくしなければならないという問題があった。
【０００３】
【非特許文献１】Takakuni Douseki,Yoshifumi Yosida,Fumiyasu Utsunomiya,Norio Itoh,Norio Hama: "A Batteryless Wireless System Uses Ambient Heat with a Reversible-Power-Source Compatible CMOS/SOI DC-DC Converter",2003IEEE International Solid-State Circuits Conference,DIGEST OF TECHNICAL PAPERS,pp.388-389,2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は、従来、熱電素子を用いて、例えば、手の温度と室温の温度差を利用して発電する場合に、室温との温度差が小さいために約１ｍＷ程度の電力しか得られないという問題があったので、熱電素子に印加される温度差が大きくなるように工夫し、少なくとも１０ｍＷ以上の電力をバッテリレスで発電でき、かつ尿検査器と組み合わせることにより、尿の塩分等の詳細情報を無線を介して、携帯型の情報端末に電力を供給する尿発電機および尿検査器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は尿検査に用いる検査装置において、二つの容器の間に挟み込まれた熱電素子により、尿の温度を利用して発電する尿発電機と、その尿発電機からの電力を尿分析機器に供給して尿を分析し、その結果を無線送信するバッテリレス携帯型情報端末用尿発電機と尿検査器を実現するものである。  
また、本発明は、熱電素子に印加する温度の高い熱源として尿を用いたことを特徴とし、手の温度差を用いる従来の発電構成とは大いに異なるものである。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、具体的には特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項１に記載のように、尿の温度を利用する尿発電機において、耐水性で絶縁性の材料よりなる容器内に熱電素子を装着し、該熱電素子上に、密接して熱伝達性を良くする薄膜加工をした尿注入容器の底部の外側を重ね合わせ、該容器に尿を注入して発電する尿発電機とするものである。
【０００７】
また請求項２に記載のように、請求項１において、上記熱電素子を装着する容器として耐水性の紙コップを用い、また上記尿注入容器として耐水性の紙コップを用いて、該紙コップの底を上記熱電素子上に密接できるように薄く加工するか、または熱伝導性の良いプラスチック薄膜、または熱伝導性の良い金属をコーテイングした弾力性のある薄膜で底部を加工した耐水性の紙コップからなる尿発電機とするものである。
【０００８】
また、請求項３に記載のように、請求項２において、上記熱電素子を装着する耐水性の紙コップの内側に、Ａｌ、ＮｉまたはＣｒ箔よりなる導電性シールを貼り、熱電素子と電気的に接続された電極を設け、該電極と上記導電性シールとを接続して、電極を外に取り出す構成とした尿発電機とするものである。
【０００９】
また、請求項４に記載のように、尿の温度を利用する尿発電機において、耐水性で絶縁性の材料よりなる容器を、大きさの順に三つ重ね、１番上の容器を尿注入容器とし、該容器の底面を熱が伝わり易いように薄く平面加工するか、あるいは尿の重みで凸形状に変形する塩化ビニル膜、ポリエチレン膜、ポリプロピレン膜またはゴム膜を用いて弾力性のある薄膜よりなる底に加工し、上記１番上の尿注入容器と２番目の容器との隙間に熱電素子を装着し、さらに上記２番目の容器と１番下の容器との間に冷却水を注入した尿発電機とするものである。
【００１０】
また、請求項５に記載のように、請求項４において、上記三つの容器はいずれも耐水性の紙コップよりなり、上記１番上の尿注入容器である紙コップと２番目の紙コップとの隙間に熱電素子が装着され、該熱電素子には、プラス電極とマイナス電極が導電性シールにより接続され、電極を外部に取り出す構成として、上記２番目の紙コップと１番下の紙コップとの隙間には冷却水を注入し、かつ冷却水の温度上昇を抑制するために１番下の紙コップを上げ底構造とした尿発電機とするものである。
【００１１】
また、請求項６に記載のように、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の尿発電機において、上記熱電素子はＢｉ−Ｔｅ系半導体素子またはポリシリコン系半導体素子からなる尿発電機とするものである。
【００１２】
また、請求項７に記載のように、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の尿注入容器および熱電素子からなる尿発電機と、尿分析用センサを有する尿分析機器および送信機からなる尿検査器とを、耐水性の絶縁性材料で構成した容器内に組み立て収納し、尿注入容器に尿を注入して熱電素子により発電して、尿分析機器および送信機を駆動させ、尿分析機器により得られた尿分析データを送信機により送信する手段とを少なくとも備えた尿検査器とするものである。
【００１３】
また、請求項８に記載のように、請求項７において、上記尿注入容器は耐水性の紙コップを用いた尿検査器とするものである。
【００１４】
また、請求項９に記載のように、請求項７または請求項８に記載の尿検査器において、上記熱電素子はＢｉ−Ｔｅ系半導体素子またはポリシリコン系半導体素子からなる尿検査器とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の尿発電機および尿検査器は、体温（３７℃）に近い尿と室温、あるいは尿と水温の温度差を用いて熱電素子で発電することができるので、１０ｍＷ以上の電力をバッテリレスで発電でき、尿検査器と組み合わせることにより、尿の塩分等の詳細情報を無線を介して携帯機器等に取り入れることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図３は、本発明の発明を実施するための最良の形態を示す尿発電機の電源構成を示す模式図である。図３に示すように、高さと径の異なる３種の紙コップ（ａ）１１、紙コップ（ｂ）１２、紙コップ（ｃ）１３と熱電素子１４とによって構成される尿発電機を示す。  
三種の紙コップ（ａ）１１、紙コップ（ｂ）１２、紙コップ（ｃ）１３よりなる三つの紙コップとを、大きさの順に重ね、高さの一番高い紙コップ（ａ）１１と、２番目に高い紙コップ（ｂ）１２との隙間に水１５を入れる。また、高さの一番小さい紙コップ（ｃ）１３と２番目に高い紙コップ（ｂ）１２との隙間に熱電素子１４を装着し、紙コップ（ｃ）１３に尿１６を注ぐ。熱電素子１４の高温側（上面）は紙コップ（ｃ）１３の底面と接触しているので、熱電素子１４に体温（３７℃）に近い尿温度が、熱電素子１４に伝わることになる。
【００１７】
一方、熱電素子１４の低温側（下面）は紙コップ（ｂ）１２の底面が水と接触しているので、熱電素子１４に水温約１７℃が伝わることになる。このため、熱電素子１４の上と下で約２０℃に近い温度差がつくため、約１０ｍＷ以上の電力を発電することができた。なお、紙コップ（ａ）１１の底面は、水温が上がらないように上げ底構成とし、紙コップ（ｂ）１２、紙コップ（ｃ）１３の底面は水または尿の熱が伝わり易いように薄く平面加工するか、あるいは、尿の重みで凸形状に変形するポリエチレン膜、ポリプロピレン膜または塩化ビニル膜、あるいはゴム膜等を用いて底面を加工をすることが望ましい。なお、熱伝素子１４は、水、尿等の液体から分離されているので、濡れることなく発電が可能となる。
【００１８】
図４は、本実施の形態で示した図３の紙コップ（ｂ）の他の構成例を示すものであって、紙コップ（ａ）〔図３に示す紙コップ（ａ）１１〕の内側にＡｌ箔等の導電性シール（図示せず）を貼り、紙コップ（ｂ）１７に装着されている熱電素子２０に接続されている＋電極１８、−電極１９と接触させることにより、外部に＋電極１８、−電極１９を取り出すことが可能な構造としている。なお、紙コップ（ｂ）１７は熱電素子２０と固定しても良いし、また紙コップ以外のステンレス製等の容器を用い熱電素子２０を固定しても良い。なお、熱電素子ならびに配線はエナメル等の絶縁材で被覆されていることが望ましい。  
なお、熱電素子として、Ｂｉ−Ｔｅ系半導体素子またはポリシリコン系半導体素子を好適に用いることができる。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施例を示す尿発電機の電源構成であって、高さの異なる二つの紙コップ（ａ）１と紙コップ（ｂ）２と、熱電素子４とにより構成される。高さと径の異なる耐水性の紙よりなる紙コップ２個を用意し、高さと径の大きい紙コップ１の上に、上記紙コップ１よりも高さと径が小さい紙コップ２を重ね、その隙間３に熱電素子４を装着する。上記紙コップ２に尿を注入することにより、紙コップ２の底面の温度が上昇する。熱電素子４を紙コップ２の底面と接触させることにより、熱電素子４に体温（約３７度）に近い尿温度が熱電素子４に伝達された。なお、紙コップ１、２は通常用いられている円筒形水飲み程度の耐水性のある紙質であれば良く、また熱電素子４に対し絶縁性があれば良い。また紙コップ２の底面は、特別に熱が熱電素子４に伝わり易いようにするために薄く加工するか、また熱導伝性の良いプラスチックや金属等の薄膜を用いて紙コップ２の底面を加工しても良い。
【００２０】
また、本実施例では、容器として紙コップだけを例に挙げ、尿の採取ごとに使い捨て可能な容器の一例として示したものであって、これは容器の種類、材質を特定するものではない。  
また、図２は本発明の第１の実施例において例示した図１の紙コップ１とは異なる構造の紙コップ（ａ）５を用いた尿発電機の構成例を示すものであって、紙コップ（ａ）５の内側にＡｌ箔等の導電性シール６を貼り、紙コップ（ａ）５の内部に装着される熱電素子９の電極７および電極８と接触させることにより、外部に電極を取り出すことができる構造を示す。なお、尿を入れる紙コップとして紙コップ（ｂ）１０を用いた。  
また、熱電素子として、発明を実施するための最良の形態で述べたとおり、Ｂｉ−Ｔｅ系半導体素子またはポリシリコン系半導体素子が好適に用いられる。
【実施例２】
【００２１】
図５、図６はの本発明の第２の実施例であつて、図５（ａ）は、紙コップ２１、熱電素子（Ｂｉ−Ｔｅ系、またはポリシリコン系半導体素子）２２からなる尿発電機、尿分析機器２３、送信機２４からなる尿検査器を示したもので、尿分析用センサ２５を備えている。尿検査器は、紙コップ２１に尿を注ぐことによって、熱電素子２２で発電し、尿分析機器２３、および送信機２４を駆動する。尿分析機器２３により得られた尿データを送信機２４によりより送信する。また図５（ｂ）に示すごとく、尿分析機器２８や送信機２９は紙コップ２６の下側に取り付けても良い。なお、２７は熱電素子、３０は尿分析用センサを示す。得られた尿検査器の情報は、３００メガヘルツ帯の微弱無線を用いて送信することができた。  
図６は、手やベルト３３に装着するタイプの受信機３２であって、排尿時に尿センサ３１からのデータを約３０ｃｍ程度の距離で受信できるので、微弱無線を用いて送信電力を削減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１で例示した尿発電機の構成を示す模式図。
【図２】本発明の実施例１で例示した尿発電機の構成を示す紙コップ（ａ）の他の構成を示す模式図。
【図３】本発明の発明を実施するための最良の形態として例示した尿発電機の構成を示す模式図。
【図４】本発明の発明を実施するための最良の形態として例示した紙コップ（ｂ）の他の構成を示す模式図。
【図５】本発明の実施例２で例示した尿発電機と尿分析機器と送信機の構成を示す模式図。
【図６】本発明の実施例２で例示した手やベルトに装着するタイプの尿センサ、受信機の配置を示す模式図。
【図７】従来の発電機の構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００２３】
１  紙コップ（ａ）                  ２  紙コップ（ｂ）
３  隙間                            ４  熱電素子
５  紙コップ（ａ）                  ６  導電性シール
７  電極                            ８  電極
９  熱電素子                      １０  紙コップ（ｂ）
１１  紙コップ（ａ）              １２  紙コップ（ｂ）
１３  紙コップ（ｃ）              １４  熱電素子
１５  水                          １６  尿
１７  紙コップ（ｂ）              １８  ＋電極
１９  −電極                      ２０  熱電素子
２１  紙コップ                    ２２  熱電素子
２３  尿分析機器                  ２４  送信機
２５  尿分析用センサ              ２６  紙コップ
２７  熱電素子                    ２８  尿分析機器
２９  送信機                      ３０  尿分析用センサ
３１  尿センサ                    ３２  受信機
３３  ベルト                      ３４  手
３５  熱電素子                    ３６  放熱板
３７  送信機
【図１】
2005033950.tif 000003
【図２】
2005033950.tif 000004
【図３】
2005033950.tif 000005
【図４】
2005033950.tif 000006
【図５】
2005033950.tif 000007
【図６】
2005033950.tif 000008
【図７】
2005033950.tif 000009