JP6988264B2 - Thermoelectric conversion module, sensor module and information processing system - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a thermoelectric conversion module, a sensor module and an information processing system.
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。
For example, the use of energy harvesting, which eliminates the need for power lines and signal lines, which is a problem when constructing a sensor network, is promising. As energy harvesting, in addition to solar power generation, power generation using thermoelectric conversion elements that can generate power if there is a temperature difference is promising.
For example, there is a device that causes a temperature difference in a thermoelectric conversion element by utilizing a change in temperature of a heat source over time.
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。 For example, as shown in FIG. 11, a thermoelectric conversion module is configured, a heat source is brought into contact with one surface of the thermoelectric conversion element, and a latent heat storage material (PCM; Phase Change Material) is placed on the other surface, for example, via a heat transfer fin. Make contact. Then, as the temperature of the heat source changes with time, a temperature difference is generated between the temperature of the heat source and the latent heat storage material, and the thermoelectric conversion element generates electricity according to this temperature difference.
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。
However, in the thermoelectric conversion module using the latent heat storage material as described above, the latent heat storage material does not have a very large latent heat storage material, and it is necessary to increase the amount of the latent heat storage material in order to secure a sufficient latent heat storage material. Therefore, it is difficult to obtain a sufficient amount of power generation while reducing the size.
For example, when a plurality of motors are used as heat sources and power is generated by a thermoelectric conversion module using a latent heat storage material as described above, if a sufficient calorific value can be obtained, the thermoelectric conversion module provided in each motor can be used. It will be large.
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。 An object of the present invention is to obtain a sufficient amount of power generation while reducing the size.
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。
In one embodiment, the thermoelectric conversion module contains a first thermoelectric conversion element and a compound that is thermally connected to the first thermoelectric conversion element and undergoes a reversible chemical reaction accompanied by heat generation and endothermic reaction at 100 ° C. or lower. It includes a first tank, a second thermoelectric conversion element, and a second tank that is connected to the first tank via a transport path and contains at least one type of product obtained by a chemical reaction of a compound. The first tank is a heat storage tank in which a chemical heat storage material as a compound stores heat and generates heat, and the second tank is connected to an evaporation tank in which at least one type of product evaporates and to the evaporation tank via a continuous passage. The second thermoelectric conversion element is thermally connected to the evaporation tank, which comprises a condensing tank in which at least one kind of product is condensed.
In one aspect, the sensor module comprises a sensor and the thermoelectric conversion module described above electrically connected to the sensor.
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。 In one aspect, the information processing system comprises the sensor module described above and a computer that processes the data obtained by the sensor module.
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。 As one aspect, it has an effect that a sufficient amount of power generation can be obtained while reducing the size.
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。
Hereinafter, the thermoelectric conversion module, the sensor module, and the information processing system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the thermoelectric conversion module according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 11.
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。
As shown in FIG. 1, the thermoelectric conversion module according to the present embodiment is thermally connected to the first thermoelectric conversion element 1 and the first thermoelectric conversion element 1, and is reversible with heat generation and endothermic at 100 ° C. or lower. The
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。
The thermoelectric conversion module is also referred to as a thermoelectric module, a thermoelectric power generation device, or a power generation device. Further, the thermoelectric conversion element is also referred to as a thermoelectric device or a thermoelectric element.
In the present embodiment, the
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。
Here, heat storage using the reaction heat of a reversible chemical reaction accompanied by heat generation and heat absorption is called chemical heat storage. Here, the chemical
Examples of such an inorganic hydrate include lithium hydroxide hydrate [chemical formula LiOH · H 2 O; decomposition temperature (reaction temperature) 60 ° C.; reaction calorific value 1440 kJ / kg], barium hydroxide hydrate [Ba. (OH) 2 · 8H 2 O ; decomposition temperature (reaction temperature) 50 ° C.; reaction heat 1175kJ / kg], sodium phosphate hydrate [Na 3 PO 4 · 3H 2 O; decomposition temperature (reaction temperature) 60 ° C.; Reaction calorific value 1200 kJ / kg] and the like can be mentioned. Such an inorganic hydrate has a large amount of reaction heat, which is an order of magnitude larger than the amount of latent heat of the latent heat storage material.
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。
Also, at least one of the reaction products 5 is water.
Therefore, the heat storage tank as the
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。
As the chemical
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。
Then, the first thermoelectric conversion element 1 included in the
By the way, as shown in FIG. 2, it is assumed that the second
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。
In this case, the first thermoelectric conversion element 1 and the second
Here, the
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。
Here, one motor as the
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)。
As described above, when the
Here, it is assumed that the second
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。
Hereinafter, it will be described as an example the case of using an inorganic hydrate LiOH / LiOH ·
First, the case of using the inorganic hydrate LiOH / LiOH · H 2 O system, FIG. 3 (A), operates as shown in Figure 3 (B).
That is, first, as shown in FIG. 3A, the tank (first tank; heat storage tank) containing the chemical heat storage material LiOH · H 2 O is heated, and the chemical heat storage material LiOH · H 2 O absorbs heat. When the dehydration start temperature reaches 60 ° C., the dehydration reaction, that is, the reaction from left to right in the following formula proceeds. In this case, the dehydrated water (steam) is sent to a tank (second tank; water tank) in which water is previously filled, where it aggregates to become liquid water and dissipates heat. Note that s is solid and g is gas.
LiOH ・ H 2 O (s) + 1440kJ / kg ⇔ LiOH (s) + H 2 O (g)
On the other hand, when the water in the water tank absorbs heat and evaporates and steam is sent from the water tank to the heat storage tank, as shown in FIG. 3 (B), an exothermic reaction which is a reverse reaction, that is, from right to left in the above equation The reaction to is progressing. In this case, the temperature of the chemical heat storage material rises and heat is dissipated.
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。
Thus, when using the inorganic hydrate LiOH / LiOH · H 2 O system, the following endothermic reaction (dehydration reaction), exothermic reaction (exothermic reaction; hydration), condensation (coagulation), vaporizing (Evaporation) occurs. Note that s is solid, g is gas, and l is liquid.
Endothermic reaction: LiOH · H 2 O (s) + 1440 kJ / kg → LiOH (s) + H 2 O (g) ... (1)
Condensation: H 2 O (g) → H 2 O (l) +2430kJ / kg ・ ・ ・ (2)
Exothermic reaction: LiOH (s) + H 2 O (g) → LiOH · H 2 O (s) + 1440 kJ / kg ... (3)
Vaporization: H 2 O (l) +2430kJ / kg → H 2 O (g) ・ ・ ・ (4)
Then, by using such a LiOH / LiOH · H 2 O based inorganic hydrate, the operation of the case where the
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。
First, as shown in FIG. 4 (A), LiOH · H 2 O were placed bath of a chemical
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。
That is, as shown in FIG. 4 (A), the
During the dehydration reaction, the amount of heat input from the
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。
Here, the first thermoelectric conversion element 1 is installed between the
On the other hand, the dehydrated water (steam) 5 is sent to a water tank 6 (here, an unheated tank) in which water is pre-filled, where it becomes liquid water [see the above formula (2)]. Here, water is previously put in the
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。
Next, as shown in FIG. 4 (B), tank filled with LiOH ·
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。
That is, as shown in FIG. 4B, when the dehydration reaction is completed, the heating of the
Here, the first thermoelectric conversion element 1 is installed between the
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。
In order for the above exothermic reaction to occur, sufficient steam of at least the same mol as LiOH is required, but when the
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。
In order for the reaction of the chemical
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。
Here, FIG. 5, LiOH / LiOH · H 2 O system pressure - shows the temperature (P-T) diagram.
The
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。
When the heat generated by the
Further, from the PT diagram, it can be seen that the reaction can proceed even when the heat source temperature on the
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。
Therefore, the thermoelectric conversion module according to the present embodiment has an effect that a sufficient amount of power generation can be obtained while reducing the size. That is, it is possible to realize miniaturization and high performance of the
By the way, the reason why it is configured as described above is as follows.
The 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 thermal energy into electrical energy and directly converting electrical energy into thermal energy. When a temperature difference is applied to both sides of this thermoelectric conversion element, a voltage is generated by the Seebeck effect. A thermoelectric power generator is a device that takes out this voltage as electrical energy.
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。
Such a thermoelectric power generation device enables direct energy conversion from thermal energy to electrical energy, and is attracting attention as one of the effective utilization methods of thermal energy represented by waste heat utilization.
In a general thermoelectric conversion element, a columnar p-type thermoelectric semiconductor and an n-type thermoelectric semiconductor having almost the same length are paired at both ends to form a thermocouple, and a plurality of these thermocouples are arranged in a plane to form a p-type thermocouple. It has a structure in which semiconductors and n-type thermoelectric semiconductors are arranged alternately and regularly, and the thermocouples are electrically connected in series.
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。
Wiring for electrical connection is formed by, for example, two substrates made of Si or ceramic material, and this substrate is the thickness of the p-type thermoelectric semiconductor / n-type thermoelectric semiconductor and the electrodes connecting them. The structure is such that they face each other with a gap of minutes.
By bringing one substrate into contact with a heat source (heat generation source) and dissipating heat from the other substrate, a temperature difference is generated in the thermoelectric semiconductor pair. In order to continuously generate a temperature difference, heat dissipation parts are attached to the substrate on the heat dissipation side.
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。
In the case of natural air cooling, it is common to use a heat sink in which aluminum is anodized (anodized) and an aluminum oxide film is formed on the surface as the heat dissipation component.
Power generation by the thermoelectric conversion element can be generated anywhere there is a temperature difference, but since it depends on the naturally occurring temperature, it is left to nature.
For example, when concrete or metal that can be heated by solar heat is selected as the heat source and a thermoelectric conversion element is attached to it, the heat from the heat source is dissipated to the atmosphere through the heat sink, causing a temperature difference in the thermoelectric conversion element. Generate electricity by doing so.
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。
However, in the 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 provided with the heat sink the same as the outside air temperature.
Therefore, the temperature difference between the upper and lower surfaces of the thermoelectric conversion element is smaller than the temperature difference between the outside air temperature and the high-temperature heat source. Therefore, the amount of power generation that can be generated by the thermoelectric conversion module is also small.
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。 Further, some thermoelectric conversion modules utilize a change in the temperature of a heat source over time to cause a temperature difference in the thermoelectric conversion element. In such a thermoelectric conversion module, a heat source is brought into contact with one surface of the thermoelectric conversion element, and a latent heat storage material is brought into contact with the other surface (see, for example, FIG. 11). The temperature of the heat source used in this case is not constant, and a heat source whose temperature changes with time is used.
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。
For example, as a heat source, a motor or a boiler that intermittently repeats operation and suspension is used. Alternatively, by utilizing the temperature change between daytime and nighttime, things left outside, such as the outer wall of a building, the rooftop, the engine or exterior of a vehicle such as an automobile, are used as a heat source.
Here, the latent heat storage materials are organic and inorganic materials, respectively, but generally used are saturated hydrocarbon-based organic substances that are relatively easy to handle. The melting point has various temperatures from -30 ° C to 40 ° C, and it is used for air cooling and is also being considered for application to building materials.
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。
Further, the latent heat storage material has a property of maintaining a constant temperature by causing a phase change in the material. Therefore, when the temperature of the heat source changes with time, a temperature difference is generated between the temperature of the heat source and the latent heat storage material, and the thermoelectric conversion element generates electricity according to the temperature difference.
In this case, it is necessary to estimate the amount of inflow heat to the thermoelectric conversion element and the amount of outflow heat from the thermoelectric conversion element due to the time change of the temperature of the heat source, and these heat amounts should be smaller than the latent heat amount of the latent heat storage material. This is a condition that always causes a temperature difference between the upper and lower surfaces of the thermoelectric conversion element.
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。 The latent heat storage material is melted (melted) by the heat transferred from the heat source via the thermoelectric conversion element, but all the latent heat storage materials have the property of maintaining a constant temperature until they are completely melted. Therefore, if it is considered that the heat exchange with other than the heat source can be ignored in the entire thermoelectric conversion module, the integrated value of the amount of heat flowing from the heat source to the latent heat storage material via the thermoelectric conversion element is the latent heat amount of the latent heat storage material. When it reaches, all the latent heat storage material melts. Therefore, if the latent heat amount of the latent heat storage material is exceeded, all the latent heat storage material is melted, and it becomes difficult to cause a temperature difference between the upper and lower surfaces of the thermoelectric conversion element.
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。
In this type of thermoelectric conversion module, a temperature difference is created between the upper and lower surfaces of the thermoelectric conversion element by utilizing heat conduction between the latent heat storage material and the thermoelectric conversion element, or between the surface of the heat source and the thermoelectric conversion element. Cause. Therefore, a temperature difference can be reliably generated as compared with a thermoelectric conversion module of a type that utilizes heat transfer with the outside air.
However, the performance of the thermoelectric conversion module using the latent heat storage material as a power generation device depends on the physical characteristics of the latent heat storage material, that is, the phase transition point (melting point) and the amount of latent heat.
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。
Here, as a typical phase change material, e.g., calcium chloride hydrate [Formula CaCl 2 · 6H 2 O; mp 29.7 ° C.; latent heat 192kJ / kg], sodium thiosulfate hydrate [Formula Na 2 S 2 O 3 · 5H 2 O; mp 48 ° C.; latent heat 251kJ / kg], sodium acetate hydrate [
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。
These latent heat storage materials have a relatively low melting point, and it is possible to utilize the temperature difference generated in the natural environment or the living environment.
However, the amount of latent heat is not very large.
Therefore, in order to secure a sufficient latent heat amount, it is necessary to increase the amount of the latent heat storage material, and there is a problem that the size of the apparatus becomes large.
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。
For example, in the case of a motor that operates intermittently by half-day switching, the surface temperature is maximum 75 ° C, minimum 25 ° C, average 50 ° C, and a thermoelectric conversion module using paraffin as a latent heat storage material is installed on the surface to generate electricity. The volume of the latent heat storage material is calculated as follows.
As the latent heat storage material, paraffin having a melting point of 50 ° C. and a latent heat of melting of 250 kJ / kg is used, and when the total thermal resistance of the thermoelectric conversion element and other heat transfer parts is 3 K / W, the operating time is 12 hours. The latent heat amount of the latent heat storage material needs to be 250 kJ. Since a latent heat amount 1.3 times the required latent heat amount is required, the required paraffin weight is 1.5 kg, and the specific gravity is 0.77, the required volume is 1.8 L. This is a cube with a side of about 13 cm, and a heat insulating material of at least about 1.5 cm is required to prevent the latent heat from being dissipated. That is, it becomes a cube having a side of 15 cm or more, which is considerably large for installation in a motor, and the larger the temperature difference, the larger the required latent heat, so that the capacity increases.
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。
As described above, in the thermoelectric conversion module using the latent heat storage material, the latent heat storage material does not have a very large latent heat amount, and it is necessary to increase the amount of the latent heat storage material in order to secure a sufficient latent heat storage material. It is difficult to obtain a sufficient amount of power generation while reducing the size.
For example, when a plurality of motors are used as heat sources and power is generated by a thermoelectric conversion module using a latent heat storage material as described above, if a sufficient calorific value can be obtained, the thermoelectric conversion module provided in each motor can be used. It will be large.
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。 Therefore, in order to obtain a sufficient amount of power generation while reducing the size, the latent heat storage material is configured as described above, and when thermoelectric power generation is performed as energy harvesting, for example, a plurality of motors are used as heat sources. Instead, a chemical heat storage material is used to create a temperature difference on both sides of the thermoelectric conversion element so that power generation can be obtained with higher efficiency than before. Further, it is possible to reduce the size of each heat source as compared with the case where a thermoelectric conversion module using a latent heat storage material is provided.
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。 For example, there is a thermoelectric element arranged in the exhaust system of the internal combustion engine to generate electricity by using the heat of the exhaust gas, and the heating means is used to maintain the power generation capacity of the thermoelectric element regardless of the operating state of the internal combustion engine. Some use a chemical heat pump using a magnesium compound that reacts with the heat of a high-temperature exhaust gas of about 250 ° C. to 450 ° C. However, a compound that reacts at a high temperature of about 250 ° C. to 450 ° C. is used, and unlike a compound that chemically reacts at 100 ° C. or lower, it is difficult to use it for performing thermoelectric power generation as energy harvesting.
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。
In the above-described embodiment, the dehydration / hydration reaction is described on the premise that most of the generated water vapor can be transported, but as in the above-mentioned embodiment (see, for example, FIG. 2), the heat storage tank is used. When 3 and the
Therefore, it is conceivable to insulate the
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。
In this case, the
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。
Further, it is also conceivable to heat the
However, since it is the end of the story to use electric power for heating, it is conceivable to supply the heat of the
For example, as shown in FIG. 6,
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。
In this case, the
Further, when the
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。
For example, two
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。
In this way, the path through which water vapor flows (transportation path 4) is insulated, and the path is brought into thermal contact with a heat source to transfer heat into the path without causing dew condensation in the path. , Can be sent to the
Although FIG. 6 illustrates the case where the
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。
Further, in the above-described embodiment, the case where one water tank (second tank) 6 is connected to one heat storage tank (first tank) 3 via the
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。
For example, as in the examples described later, the weight of the chemical heat storage material can be reduced to 87 g by using the chemical heat storage material. Therefore, as shown in FIG. 7A, the
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。
Further, for example, when it is desired to reduce the size of the
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。
In this case, the operation pattern of the
Further, for example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the
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。
Here, the
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。
In this case, the
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。
In this configuration, when the temperature of the
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。
On the other hand, when the temperature of the
The
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。
Further, the amount of water in the
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。
By separating the
Further, even when the
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。
Further, as shown in FIGS. 9 (A), 9 (B), 10 (A), and 10 (B), the heat radiation fins (air-cooled fins) 20 are passed through another
[Example]
Next, examples will be given to more specifically explain the present invention. The present invention is not limited to these examples.
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。
The heat source is a motor in the air-conditioning machine room, and at least two of them operate intermittently for 12 hours. The motor surface temperature was about 25 ° C. during operation and about 75 ° C. during operation.
As the thermoelectric conversion element (first thermoelectric conversion element and second thermoelectric conversion element), TEG254-200-12 (0.103V / K, 0.357W / K = 2.8K / W, 13Ω) manufactured by Thermalforce was used.
LiOH · H 2 O was used as the chemical heat storage material.
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。
Assuming that the total thermal resistance of other heat transfer components of the power generation device (heat transfer components to the heat storage material, etc.) is about 1.2 K / W and the reaction temperature is about 65 ° C, the amount of heat flowing into the chemical heat storage material Is 100 kJ in total for 12 hours. Assuming that the efficiency is about 80%, the required latent heat amount is about 125 kJ. Therefore, the weight of LiOH · H 2 O required,
125kJ ÷ 1440kJ / kg = 0.087kg = 87g
It turned out that it was a very small amount.
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。
In addition, plastic was used for the heat storage tank, the water tank, and the transportation route (steam transportation route), and the heat insulation specifications were adopted.
First, the amount of power generation on the heat storage tank side is calculated.
Since BQ25505 (Texas Instruments Inc.) was used as the DCDC converter connected to the first thermoelectric conversion element thermally connected to the heat storage tank, its efficiency is also taken into consideration.
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。
Calculate the amount of power generated during the endothermic process. The exothermic process is the opposite, so it is almost the same.
Assuming that the heat source temperature is constant at 75 ° C., the temperature difference between the heat source and the heat storage tank is about 10 ° C. The voltage is about 0.67V. Since the electric power based on the efficiency at this time is about 7.07 mW, the amount of electric power that can be generated in 12 hours is 305 J.
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。
Next, the amount of power generation on the water tank side is calculated.
The specific heat of water is about 4.2 kJ / kg · K at room temperature, and the latent heat of condensation (evaporation) is about 2257 kJ / kg.
The number of moles of water vapor dehydration, all the complete dehydration, since it is same as LiOH · H 2 O, the molar mass ratio fraction 37.43g of weight required LiOH · H 2 O above, the latent heat of condensation The amount is about 84.48 kJ. Assuming that the amount of water in the water tank is 1 L, the rising temperature of the water temperature is about 20.1 ° C. The temperature difference ΔT in the thermoelectric conversion element is about 13.1 ° C from the ratio of thermal resistance, and the open circuit voltage is about 1.35V, but this gradually increases as the water temperature rises, so it is necessary to calculate the amount of power generation. Since the average value is taken, it is set to about 0.67V. Since the electric power based on the efficiency at this time is about 7.16 mW, the amount of electric power that can be generated in 12 hours is 309 J.
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。
Here, for example, the electric power required for sensing temperature / humidity data and wirelessly transmitting it at intervals of, for example, 10 minutes is about 40 J (40 J / day) per day.
In the power generation using the chemical heat storage material as described above, it is possible to generate power alternately on the heat storage tank side and the water tank side, and since it is possible to obtain more than 10 times the required power (power generation amount), various data. It is possible to cover the sensing of the above with one thermoelectric conversion module (power generation system).
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。
Further, as described above, for the weight of LiOH ·
[Second Embodiment]
Next, the sensor module and the information processing system according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 18.
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。
The sensor module according to the present embodiment is an integrated module, and as shown in FIG. 12, the
For example, the
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。
The
The
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。
As the
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。
The
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。
The
The
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。
The
The
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。
For example, a vehicle equipped with a
The
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。
Hereinafter, a specific application example of the
[First application example]
In the first application example, as shown in FIG. 14, the
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。
The
When the
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。
The
Further, in addition to the receiving
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。
Further, the
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。
In the first application example, the
In addition, the humidity is always high in the
[Second application example]
In the second application, as shown in FIG. 15, the
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。
For the
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。
Specifically, the water level and flow rate of the
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。
Normally, rainwater flows into the
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。
It is also possible to establish the relationship between the meteorological phenomenon and the water level and flow rate of the
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。
Further, in the second application example, the
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。
It is preferable that the
[Third application example]
In the third application example, as shown in FIG. 16, the
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。
The
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。
According to this
[Fourth application example]
In the fourth application example, as shown in FIG. 17, the
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。
According to this
Further, the type of the
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。
Further, the
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。
In the fourth application example, the
[Fifth application example]
In the fifth application example, as shown in FIG. 18, the
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。
For the
Normally, the resolution of the X-band radar is 250 m, but by installing the
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。
In the above-mentioned first to fifth application examples, the
[others]
The present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments and modifications, and can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and can be appropriately combined. ..
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。
Hereinafter, additional notes will be disclosed with respect to the above-described embodiment.
(Appendix 1)
The first thermoelectric conversion element and
A first tank containing a compound that is thermally connected to the first thermoelectric conversion element and that undergoes a reversible chemical reaction accompanied by heat generation and endothermic reaction at 100 ° C. or lower.
A thermoelectric conversion module which is connected to the first tank via a transport path and includes a second tank containing at least one kind of product obtained by a chemical reaction of the compound.
(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。
(Appendix 2)
The thermoelectric conversion module according to Appendix 1, further comprising a second thermoelectric conversion element thermally connected to the second tank.
(Appendix 3)
The first tank is a heat storage tank in which the chemical heat storage material as the compound stores heat and generates heat.
The thermoelectric conversion module according to
(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。
(Appendix 4)
The thermoelectric conversion module according to
(Appendix 5)
The thermoelectric conversion module according to
(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。
(Appendix 6)
The first tank is a heat storage tank in which the chemical heat storage material as the compound stores heat and generates heat.
The second tank includes an evaporation tank in which at least one kind of the product evaporates, and a condensation tank which is connected to the evaporation tank via a communication passage and condenses at least one kind of the product.
The thermoelectric conversion module according to Appendix 1, further comprising a second thermoelectric conversion element thermally connected to the evaporation tank.
(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。
(Appendix 7)
The first thermoelectric conversion element and the second thermoelectric conversion element are characterized in that they operate alternately and are thermally connected to a first heat source and a second heat source whose temperature changes over the reaction temperature of the compound, respectively. The thermoelectric conversion module according to any one of
(Appendix 8)
The thermoelectric conversion module according to any one of Supplementary note 1 to 7, wherein the end portion of the transport path is in contact with the product in the second tank.
(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。
(Appendix 9)
The thermoelectric conversion module according to any one of Supplementary note 1 to 8, wherein the transport path is made of a heat transfer material and is covered with a heat insulating material.
(Appendix 10)
The thermoelectric conversion module according to any one of Supplementary Provisions 1 to 9, wherein one end thereof is attached to the transport path and the other end is provided with a heat transfer sheet thermally connected to a heat source.
(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。
(Appendix 11)
With the sensor
A sensor module comprising the thermoelectric conversion module according to any one of Supplementary note 1 to 10, which is electrically connected to the sensor.
(Appendix 12)
The sensor module described in
An information processing system including a computer that processes data obtained by the sensor module.
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
1 1st
3 1st tank (heat storage tank)
4 Transport route (steam transport route)
5 Product (reaction product; water)
6 Second tank (water tank)
6A-6D water tank (second tank)
6X evaporation tank (water tank; second tank)
6Y condensation tank (water tank; second tank)
7 Heat transfer module 8
13
Claims (8)
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。 The first thermoelectric conversion element and
A first tank containing a compound that is thermally connected to the first thermoelectric conversion element and that undergoes a reversible chemical reaction accompanied by heat generation and endothermic reaction at 100 ° C. or lower.
The second thermoelectric conversion element and
It is provided with a second tank which is connected to the first tank via a transportation channel and contains at least one kind of product obtained by a chemical reaction of the compound.
The first tank is a heat storage tank in which the chemical heat storage material as the compound stores heat and generates heat.
The second tank comprises an evaporation tank in which at least one kind of the product evaporates, and a condensing tank which is connected to the evaporation tank via a communication passage and condenses at least one kind of the product.
It said second thermoelectric conversion element, a thermoelectric conversion module according to claim <br/> be thermally connected to the evaporation tank.
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。 With the sensor
A sensor module comprising the thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 6 , which is electrically connected to the sensor.
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。 The sensor module according to claim 7 and
An information processing system including a computer that processes data obtained by the sensor module.
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