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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023108416
(43)【公開日】2023-08-04
(54)【発明の名称】舗装構造物
(51)【国際特許分類】
E01C 5/22 20060101AFI20230728BHJP
H10N 15/00 20230101ALI20230728BHJP
【ＦＩ】
E01C5/22
H01L37/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022009534
(22)【出願日】2022-01-25
(71)【出願人】
【識別番号】504171134
【氏名又は名称】国立大学法人 筑波大学
(71)【出願人】
【識別番号】390002185
【氏名又は名称】大成ロテック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】守友 浩
(72)【発明者】
【氏名】島崎 勝
(72)【発明者】
【氏名】平川 一成
(72)【発明者】
【氏名】岡島 穂高
【テーマコード（参考）】
2D051
【Ｆターム（参考）】
2D051AA05
2D051AB03
2D051DA02
2D051DA16
2D051DB01
(57)【要約】
【課題】施工性及び耐久性に優れ、設備インフラ等の環境から持続的に電力を取り出すことができる舗装構造物を提供する。
【解決手段】舗装構造物１は、路盤層２及び路盤層２に支持される路面層３が設置される舗装構造物であって、路盤層２は、空隙を有する単位構造体８１を重ね合わせて形成される積層部８０と、箱状の装置部１０と、を備え、装置部１０は、電極の温度変化によって発電する三次電池部３０及び電極間の温度差によって発電する熱電変換セル部２０の少なくとも何れかを有する。
【選択図】図２
【解決手段】舗装構造物１は、路盤層２及び路盤層２に支持される路面層３が設置される舗装構造物であって、路盤層２は、空隙を有する単位構造体８１を重ね合わせて形成される積層部８０と、箱状の装置部１０と、を備え、装置部１０は、電極の温度変化によって発電する三次電池部３０及び電極間の温度差によって発電する熱電変換セル部２０の少なくとも何れかを有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
路盤層及び前記路盤層に支持される路面層が設置される舗装構造物であって、
前記路盤層は、
空隙を有する単位構造体を重ね合わせて形成される積層部と、
箱状の装置部と、を備え、
前記装置部は、電極の温度変化によって発電する三次電池部及び電極間の温度差によって発電する熱電変換セル部の少なくとも何れかを有する舗装構造物。
前記路盤層は、
空隙を有する単位構造体を重ね合わせて形成される積層部と、
箱状の装置部と、を備え、
前記装置部は、電極の温度変化によって発電する三次電池部及び電極間の温度差によって発電する熱電変換セル部の少なくとも何れかを有する舗装構造物。
【請求項2】
前記装置部は、前記三次電池部を有し、
一つの先端部及び一つの基端部を有し、前記先端部及び前記基端部の間で熱の伝導路となる熱伝導部材を複数備え、
前記三次電池部に備わる電極に前記熱伝導部材の基端部を接続し、
前記三次電池部の電極に接続されている前記基端部に対応する前記先端部は、前記路面層に配置されている請求項１に記載の舗装構造物。
一つの先端部及び一つの基端部を有し、前記先端部及び前記基端部の間で熱の伝導路となる熱伝導部材を複数備え、
前記三次電池部に備わる電極に前記熱伝導部材の基端部を接続し、
前記三次電池部の電極に接続されている前記基端部に対応する前記先端部は、前記路面層に配置されている請求項１に記載の舗装構造物。
【請求項3】
前記装置部は、前記熱電変換セル部を有し、
一つの先端部及び一つの基端部を有し、前記先端部及び前記基端部の間で熱の伝導路となる熱伝導部材を複数備え、
前記熱電変換セル部に備わる電極に前記熱伝導部材の基端部を接続し、
一つの前記熱電変換セル部の異なる電極に接続されているそれぞれの前記基端部に対応する前記先端部は、前記路面層における異なる深さに配置されている請求項１又は請求項２に記載の舗装構造物。
一つの先端部及び一つの基端部を有し、前記先端部及び前記基端部の間で熱の伝導路となる熱伝導部材を複数備え、
前記熱電変換セル部に備わる電極に前記熱伝導部材の基端部を接続し、
一つの前記熱電変換セル部の異なる電極に接続されているそれぞれの前記基端部に対応する前記先端部は、前記路面層における異なる深さに配置されている請求項１又は請求項２に記載の舗装構造物。
【請求項4】
前記路面層は、光によって発電する光電変換部を有する請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の舗装構造物。
【請求項5】
前記路面層は、板状の強化プラスチックである請求項４に記載の舗装構造物。
【請求項6】
前記装置部は、発電した電気を蓄える蓄電部を有する請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の舗装構造物。
【請求項7】
前記装置部は、前記蓄電部の充放電を制御すると共に、電力を調整して供給する制御部を有する請求項６に記載の舗装構造物。
【請求項8】
前記路面層の上表面は、骨材及び前記骨材を保持する結合材で被覆されている請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の舗装構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、設備インフラ等の環境における温度を利用する発電装置を備え、電力を供給することができる舗装構造物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、設備インフラ等には照明や信号といった電力を必要とする付帯施設がある。例えば道路では、昨今の高度道路交通システム（ＩＴＳ）の取り組みにおいて、各種機器を相互に連携させる技術の開発が進められており、道路周辺に設けられる各種機器も電力を必要としている。特許文献１には、これらの付帯施設や各種機器に電力を供給するため、温度差によって発電する装置を備える舗装路が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００５－２６４５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の発電装置は、Ｂｉ－Ｔｅ系等の熱電変換素子を使用している。薄い部材である熱電変換素子は路面と平行に設置され、熱電変換素子の上方及び下方に、多数の板状の熱伝導部材が設けられている。多数の板状の部材が突出する装置を埋設するためには、施工において特別な手順や工程が必要となり、広い範囲に施工する場合には、施工に要する時間及び費用が問題となることが予想される。また、板状の熱伝導部材は、交通荷重に対する耐久性において不利となることが予想される。そして、温度差を利用するだけでなく、他の発電手段を併用できれば、発電手段が相互に補い合って、電力供給の安定化を図ることができる。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、施工性及び耐久性に優れ、設備インフラ等の環境から持続的に電力を取り出すことができる舗装構造物を提供することを目的とする。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、施工性及び耐久性に優れ、設備インフラ等の環境から持続的に電力を取り出すことができる舗装構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
かかる課題を解決するために、本発明に係る舗装構造物は、路盤層及び前記路盤層に支持される路面層が設置される舗装構造物であって、前記路盤層は、空隙を有する単位構造体を重ね合わせて形成される積層部と、箱状の装置部と、を備え、前記装置部は、電極の温度変化によって発電する三次電池部及び電極間の温度差によって発電する熱電変換セル部の少なくとも何れかを有する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、施工性及び耐久性に優れ、設備インフラ等の環境から持続的に電力を取り出すことができる舗装構造物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明に係る舗装構造物の設置例を示す概略図である。
【図2】本発明に係る舗装構造物の概略を例示する断面図である。
【図3A】本発明に係る熱電変換セルの概略を例示する斜視図である。
【図3B】熱電変換セルの電極の変形例を例示する斜視図である。
【図4】本発明に係る三次電池セルの概略を例示する斜視図である。
【図5】本発明に係る装置部の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明に係る舗装構造物１は、歩道や車道等の設備インフラをはじめ、公園、商業施設、駅前広場、港湾施設等の舗装に広く使用することができる。
図１に一例を示すように、舗装構造物１は、路盤層２及び路面層３を備え、路面層３の上面が地面２００の高さで地表に露出するように、地盤１００の上方に設置されている。舗装構造物１と地盤１００との間に基盤層４が設けられてもよい。
図１に一例を示すように、舗装構造物１は、路盤層２及び路面層３を備え、路面層３の上面が地面２００の高さで地表に露出するように、地盤１００の上方に設置されている。舗装構造物１と地盤１００との間に基盤層４が設けられてもよい。
【0009】
（路盤層）
路盤層２は、路面層３を支持する構造体である。図２に一例を示すように、路盤層２は、装置部１０及び積層部８０を備え、積層部８０によって路面層３を支持すると共に、装置部１０を設置する空間を確保している。
路盤層２は、路面層３を支持する構造体である。図２に一例を示すように、路盤層２は、装置部１０及び積層部８０を備え、積層部８０によって路面層３を支持すると共に、装置部１０を設置する空間を確保している。
【0010】
（装置部）
装置部１０は、発電等に係る電気的装置を内部に有する箱状の部材である。装置部１０は、内部への水等の浸入を防ぐ防水性能を有し、例えば大量の雨等で舗装構造物１が水没した場合でも、内部の電気的装置の故障を抑えることができる。また、装置部１０は、外部からの衝撃等から内部の電気的装置を保護することができる。
装置部１０は、熱電変換セル部２０と、三次電池部３０と、蓄電部４０と、制御部５０と、を有している。
装置部１０は、発電等に係る電気的装置を内部に有する箱状の部材である。装置部１０は、内部への水等の浸入を防ぐ防水性能を有し、例えば大量の雨等で舗装構造物１が水没した場合でも、内部の電気的装置の故障を抑えることができる。また、装置部１０は、外部からの衝撃等から内部の電気的装置を保護することができる。
装置部１０は、熱電変換セル部２０と、三次電池部３０と、蓄電部４０と、制御部５０と、を有している。
【0011】
（熱電変換セル部）
熱電変換セル部２０は、溶液を用いる熱電変換セル２１を有し、熱電変換セル２１の電極間の温度差によって発電することができる装置である。溶液は、所定の電解質溶液である。電解質溶液は、水や有機化合物を溶媒としている。
熱電変換セル２１は、例えば酸化還元反応における平衡電位の違いを利用して発電することができる。図３Ａに一例を示すように、熱電変換セル２１は、電解質溶液２５が充填された筐体２６の中に、電極２２が互いに離隔して配置されている。ここでは、熱電変換セル２１の両端に２枚の電極２２Ａ、２２Ｂが離隔して配置されている。電極２２Ａ、２２Ｂの表面には所定の材料からなる膜２３１、２３２が形成されている。膜２３１、２３２は、同じ材料とすることができる。電極２２Ａ、２２Ｂには、電線７５及び後記する熱伝導部材７０が接続されている。
熱電変換セル２１は、電極間の温度差によって起電力を生じる。熱電変換セル２１の起電力は、電極２２Ａ、２２Ｂ間の温度差が、例えば４０℃程度であれば、６０ｍＶ程度とすることができる。熱電変換セル部２０は、直列接続される複数の熱電変換セル２１を有することができる。直列する個数は特に制限されず、例えば２０個から３０個の熱電変換セル２１を直列接続することで、１．５Ｖ程度の起電力とすることができる。なお、熱電変換セル２１は並列接続してもよく、並列接続と直列接続とを組み合わせてもよい。
熱電変換セル部２０は、溶液を用いる熱電変換セル２１を有し、熱電変換セル２１の電極間の温度差によって発電することができる装置である。溶液は、所定の電解質溶液である。電解質溶液は、水や有機化合物を溶媒としている。
熱電変換セル２１は、例えば酸化還元反応における平衡電位の違いを利用して発電することができる。図３Ａに一例を示すように、熱電変換セル２１は、電解質溶液２５が充填された筐体２６の中に、電極２２が互いに離隔して配置されている。ここでは、熱電変換セル２１の両端に２枚の電極２２Ａ、２２Ｂが離隔して配置されている。電極２２Ａ、２２Ｂの表面には所定の材料からなる膜２３１、２３２が形成されている。膜２３１、２３２は、同じ材料とすることができる。電極２２Ａ、２２Ｂには、電線７５及び後記する熱伝導部材７０が接続されている。
熱電変換セル２１は、電極間の温度差によって起電力を生じる。熱電変換セル２１の起電力は、電極２２Ａ、２２Ｂ間の温度差が、例えば４０℃程度であれば、６０ｍＶ程度とすることができる。熱電変換セル部２０は、直列接続される複数の熱電変換セル２１を有することができる。直列する個数は特に制限されず、例えば２０個から３０個の熱電変換セル２１を直列接続することで、１．５Ｖ程度の起電力とすることができる。なお、熱電変換セル２１は並列接続してもよく、並列接続と直列接続とを組み合わせてもよい。
【0012】
熱電変換セル部２０は、電極２２Ａ、２２Ｂ間の温度差が大きいほど発電量を大きくすることができる。電極間に設けられる材料の熱伝導率が大きいと、温度差は生じにくい。例えば、半導体材料を用いる熱電変換素子では、半導体材料の熱伝導率が例えば数百Ｗ／ｍ・Ｋと大きいため、電極間に温度差が生じにくい。これに対し、熱電変換セル部２０に用いる溶液の材料となる水は０．６Ｗ／ｍ・Ｋ、有機溶媒は０．２～０．３Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱伝導率は一般的な道路の材料であるアスファルトやコンクリートの１～２Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さい。舗装構造物１は、溶液を用いる熱電変換セル部２０を有することで、熱電変換セル２１における熱伝導率を小さくすることができ、舗装構造物１が設置される環境等に起因する温度差の効果的な利用を図ることができる。
【0013】
（熱伝導部材）
熱伝導部材７０は、一端を基端部７１、他端を先端部７２とし、基端部７１と先端部７２との間で熱の伝導路となる部材である。熱伝導部材７０は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導率の大きい金属で断面積の大きい線材を形成し、グラスウール等の断熱材で覆ったものとすることができる。また、熱伝導部材７０は、粉体状や繊維状に加工した熱伝導率の大きい物質を分散させた樹脂等で形成することができる。
熱電変換セル２１に接続される熱伝導部材７０では、基端部７１は、電極２２Ａ、２２Ｂに接続されている。先端部７２は、後記する路面層３に配置されている。電極２２Ａに基端部７１を接続する熱伝導部材７０の先端部７２と、電極２２Ｂに基端部７１を接続する熱伝導部材７０の先端部７２とは、温度差が大きくなる位置に配置するのが好ましい。
基端部７１は、例えば、電極２２Ａ及び電極２２Ｂに隣接するように、熱伝導率の大きい材料で形成される壁を設け、その壁に接続してもよい。
熱伝導部材７０は、一端を基端部７１、他端を先端部７２とし、基端部７１と先端部７２との間で熱の伝導路となる部材である。熱伝導部材７０は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導率の大きい金属で断面積の大きい線材を形成し、グラスウール等の断熱材で覆ったものとすることができる。また、熱伝導部材７０は、粉体状や繊維状に加工した熱伝導率の大きい物質を分散させた樹脂等で形成することができる。
熱電変換セル２１に接続される熱伝導部材７０では、基端部７１は、電極２２Ａ、２２Ｂに接続されている。先端部７２は、後記する路面層３に配置されている。電極２２Ａに基端部７１を接続する熱伝導部材７０の先端部７２と、電極２２Ｂに基端部７１を接続する熱伝導部材７０の先端部７２とは、温度差が大きくなる位置に配置するのが好ましい。
基端部７１は、例えば、電極２２Ａ及び電極２２Ｂに隣接するように、熱伝導率の大きい材料で形成される壁を設け、その壁に接続してもよい。
【0014】
（三次電池部）
三次電池部３０は、溶液を用いる三次電池セル３１を有し、三次電池セル３１の電極における温度変化によって発電することができる装置である。
三次電池セル３１は、例えば電極における電極電位の温度係数の違いを利用して発電することができる。図４に一例を示すように、三次電池セル３１は、電解質溶液３５が充填された筐体３６の中に、電極３２と、電極３２同士を離隔させるセパレータ３４とを配置して構成されている。ここでは、三次電池セル３１の両端に２枚の電極３２Ａ、３２Ｂが離隔して配置されている。電極３２Ａ、３２Ｂの表面には所定の材料からなる膜３３１、３３２が形成されている。膜３３１と膜３３２とは、異なる材料で形成されている。
三次電池部３０は、溶液を用いる三次電池セル３１を有し、三次電池セル３１の電極における温度変化によって発電することができる装置である。
三次電池セル３１は、例えば電極における電極電位の温度係数の違いを利用して発電することができる。図４に一例を示すように、三次電池セル３１は、電解質溶液３５が充填された筐体３６の中に、電極３２と、電極３２同士を離隔させるセパレータ３４とを配置して構成されている。ここでは、三次電池セル３１の両端に２枚の電極３２Ａ、３２Ｂが離隔して配置されている。電極３２Ａ、３２Ｂの表面には所定の材料からなる膜３３１、３３２が形成されている。膜３３１と膜３３２とは、異なる材料で形成されている。
【0015】
三次電池セル３１は、電極３２の温度が同じであっても、温度変化があることで起電力を生じる。三次電池セル３１の起電力は、電極３２間に温度差がない状態で、例えば３０℃の温度変化をした場合、４０ｍＶ程度とすることができる。
三次電池部３０は、直列接続される複数の三次電池セル３１を有することができる。三次電池セル３１の接続は、電線７５によって行うことができる。直列接続は、例えば、膜３３２を有する電極３２Ｂが、次の三次電池セル３１の膜３３１を有する電極３２Ａに接続されるようにする。直列する個数は特に制限されず、例えば２０個から３０個の三次電池セル３１を直列接続することで、１Ｖ程度の起電力とすることができる。なお、三次電池セル３１は並列接続してもよく、並列接続と直列接続とを組み合わせてもよい。
三次電池部３０は、直列接続される複数の三次電池セル３１を有することができる。三次電池セル３１の接続は、電線７５によって行うことができる。直列接続は、例えば、膜３３２を有する電極３２Ｂが、次の三次電池セル３１の膜３３１を有する電極３２Ａに接続されるようにする。直列する個数は特に制限されず、例えば２０個から３０個の三次電池セル３１を直列接続することで、１Ｖ程度の起電力とすることができる。なお、三次電池セル３１は並列接続してもよく、並列接続と直列接続とを組み合わせてもよい。
【0016】
三次電池セル３１の両端に位置する電極３２Ａ、３２Ｂには、電線７５及び熱伝導部材７０が接続されている。
三次電池セル３１に接続される熱伝導部材７０では、基端部７１は、電極３２Ａ、３２Ｂに接続されている。先端部７２は、路面層３に配置されている。電極３２Ａに基端部７１を接続する熱伝導部材７０の先端部７２と、電極３２Ｂに基端部７１を接続する熱伝導部材７０の先端部７２とは、絶縁されていれば、同じ温度の位置に配置することができる。
基端部７１は、例えば、筐体３６全体を熱伝導率の大きい材料で覆う被覆体を設け、その被覆体に接続してもよい。
三次電池セル３１に接続される熱伝導部材７０では、基端部７１は、電極３２Ａ、３２Ｂに接続されている。先端部７２は、路面層３に配置されている。電極３２Ａに基端部７１を接続する熱伝導部材７０の先端部７２と、電極３２Ｂに基端部７１を接続する熱伝導部材７０の先端部７２とは、絶縁されていれば、同じ温度の位置に配置することができる。
基端部７１は、例えば、筐体３６全体を熱伝導率の大きい材料で覆う被覆体を設け、その被覆体に接続してもよい。
【0017】
熱電変換セル２１及び三次電池セル３１は、筐体２６、３６と電解質溶液２５、３５と電極２２、３２とで構成することができるため、例えば太陽光パネル等と比較して低コストで製造することができ、簡単な構造のため故障が少ない。また、筐体２６、３６の強度を高めることによって耐荷重性能の要求に応えることができる。
熱電変換セル２１及び三次電池セル３１は、例えば、コンクリートやプラスチックの筐体２６、３６を施工現場に設置して、施工現場で電解質溶液２５、３５及び電極２２、３２を筐体２６、３６に入れるという方法で施工することができ、容易に舗装体に埋設することができる。
熱電変換セル２１及び三次電池セル３１は、例えば、コンクリートやプラスチックの筐体２６、３６を施工現場に設置して、施工現場で電解質溶液２５、３５及び電極２２、３２を筐体２６、３６に入れるという方法で施工することができ、容易に舗装体に埋設することができる。
【0018】
（蓄電部）
蓄電部４０は、充電及び放電が可能な蓄電池を有する装置である。蓄電池は、例えばリチウムイオン電池等とすることができる。蓄電部４０は、熱電変換セル部２０、三次電池部３０、後記する光電変換部６０が発電する電気を蓄えることができる。蓄電部４０の充放電は、制御部５０によって制御されている。
蓄電部４０は、充電及び放電が可能な蓄電池を有する装置である。蓄電池は、例えばリチウムイオン電池等とすることができる。蓄電部４０は、熱電変換セル部２０、三次電池部３０、後記する光電変換部６０が発電する電気を蓄えることができる。蓄電部４０の充放電は、制御部５０によって制御されている。
【0019】
（制御部）
制御部５０は、熱電変換セル部２０、三次電池部３０、後記する光電変換部６０が発電する電気を受け取り、蓄電部４０の充放電を制御する装置である。また、制御部５０は、電力を調整して装置部１０の外部に出力することができる。図５に一例を示すように、制御部５０は、熱電変換セル部２０、三次電池部３０、光電変換部６０及び蓄電部４０と接続されており、電力出力端子ＰＯＵＴを有している。
制御部５０は、熱電変換セル部２０、三次電池部３０及び光電変換部６０のそれぞれに対し、発電した電気を受け取るかどうかを選択することができ、また、受け取る量を調整することができる。
また、制御部５０は、蓄電部４０の充放電を制御する。余剰の電力は、過充電とならないように調整しながら蓄電部４０に送って充電し、出力する電力が不足する場合には、蓄電部４０に放電させて補うことができる。
制御部５０は、熱電変換セル部２０、三次電池部３０、後記する光電変換部６０が発電する電気を受け取り、蓄電部４０の充放電を制御する装置である。また、制御部５０は、電力を調整して装置部１０の外部に出力することができる。図５に一例を示すように、制御部５０は、熱電変換セル部２０、三次電池部３０、光電変換部６０及び蓄電部４０と接続されており、電力出力端子ＰＯＵＴを有している。
制御部５０は、熱電変換セル部２０、三次電池部３０及び光電変換部６０のそれぞれに対し、発電した電気を受け取るかどうかを選択することができ、また、受け取る量を調整することができる。
また、制御部５０は、蓄電部４０の充放電を制御する。余剰の電力は、過充電とならないように調整しながら蓄電部４０に送って充電し、出力する電力が不足する場合には、蓄電部４０に放電させて補うことができる。
【0020】
（積層部）
積層部８０は、路面層３を支持する部材である。積層部８０は、空隙を有する単位構造体８１を重ね合わせて形成されている。単位構造体８１は、各層を９０度ずつ回転させて重ね合わせている。また、単位構造体８１は、例えば上面に有する凸部を下面に有する凹部と噛み合うように設置することで、層間の滑りを抑えている。積層部８０は、単位構造体８１の層数を調整することで、路盤層２の厚さに合わせて形成することができる。単位構造体８１の材料は、例えばプラスチックとすることができる。
積層部８０は、単位構造体８１が空隙を有することで、浸透した雨水を路盤層２に貯留することができる。また、積層部８０は、舗装構造物１上を通行する人や車等の交通荷重に耐える十分な強度を有しており、路盤層２に装置部１０を設置するための空間を確保することができる。
積層部８０は、路面層３を支持する部材である。積層部８０は、空隙を有する単位構造体８１を重ね合わせて形成されている。単位構造体８１は、各層を９０度ずつ回転させて重ね合わせている。また、単位構造体８１は、例えば上面に有する凸部を下面に有する凹部と噛み合うように設置することで、層間の滑りを抑えている。積層部８０は、単位構造体８１の層数を調整することで、路盤層２の厚さに合わせて形成することができる。単位構造体８１の材料は、例えばプラスチックとすることができる。
積層部８０は、単位構造体８１が空隙を有することで、浸透した雨水を路盤層２に貯留することができる。また、積層部８０は、舗装構造物１上を通行する人や車等の交通荷重に耐える十分な強度を有しており、路盤層２に装置部１０を設置するための空間を確保することができる。
【0021】
（路面層）
路面層３は、舗装構造物１における路面となる層である。路面層３は、板状の部材である温度差発現板６５を並べて形成され、温度差発現板６５の内部に、光によって発電する光電変換部６０を有している。
路面層３は、舗装構造物１における路面となる層である。路面層３は、板状の部材である温度差発現板６５を並べて形成され、温度差発現板６５の内部に、光によって発電する光電変換部６０を有している。
【0022】
（光電変換部）
光電変換部６０は、直列及び並列に接続されている太陽電池セルを有し、光によって発電することができる装置である。太陽電池セルは、例えば単結晶又は多結晶のシリコンとすることができる。単結晶又は多結晶のシリコンでは、可視光に近い赤外線領域である約１．１μｍよりも短い波長の光を発電に利用することができる。
光電変換部６０は、直列及び並列に接続されている太陽電池セルを有し、光によって発電することができる装置である。太陽電池セルは、例えば単結晶又は多結晶のシリコンとすることができる。単結晶又は多結晶のシリコンでは、可視光に近い赤外線領域である約１．１μｍよりも短い波長の光を発電に利用することができる。
【0023】
（温度差発現板）
温度差発現板６５は、深さ方向に温度差を発現させることができる板状の部材である。温度差発現板６５の上表面側には、板状の面方向に広がるように光電変換部６０が配置されている。
熱電変換セル２１の２種類の電極からの熱伝導部材７０の先端部７２は、例えば一方を温度差発現板６５の下面に、他方を温度差発現板６５における厚さ方向の中心付近に配置することで、熱電変換セル２１の２種類の電極の温度差を大きくすることができる。
三次電池セル３１の熱電変換セル２１の２種類の電極からの熱伝導部材７０の先端部７２は、例えば温度差発現板６５の下面に配置することで、熱伝導部材７０の長さを短くして、三次電池セル３１の電極の温度変化を効果的に大きくすることができる。また、温度差発現板６５の上面に配置することで、路面付近の温度変化を利用することができる。
温度差発現板６５の光電変換部６０よりも上表面側は、光電変換部６０が発電に利用できる波長帯の光を透過する材料で形成されている。温度差発現板６５の材料は、板状の強化プラスチックとするのが好ましい。温度差発現板６５の厚さは、例えば５ｃｍ程度とすることができる。
路面層３の上表面となる温度差発現板６５の上表面は、歩行者や車等の滑りを抑える加工がされている。滑りを抑える加工は、例えば、上表面に骨材を散布して凹凸を形成し、骨材を保持する結合材で上表面を覆ってもよく、摩擦係数の大きい樹脂で上表面をコーティングしてもよい。
温度差発現板６５は、深さ方向に温度差を発現させることができる板状の部材である。温度差発現板６５の上表面側には、板状の面方向に広がるように光電変換部６０が配置されている。
熱電変換セル２１の２種類の電極からの熱伝導部材７０の先端部７２は、例えば一方を温度差発現板６５の下面に、他方を温度差発現板６５における厚さ方向の中心付近に配置することで、熱電変換セル２１の２種類の電極の温度差を大きくすることができる。
三次電池セル３１の熱電変換セル２１の２種類の電極からの熱伝導部材７０の先端部７２は、例えば温度差発現板６５の下面に配置することで、熱伝導部材７０の長さを短くして、三次電池セル３１の電極の温度変化を効果的に大きくすることができる。また、温度差発現板６５の上面に配置することで、路面付近の温度変化を利用することができる。
温度差発現板６５の光電変換部６０よりも上表面側は、光電変換部６０が発電に利用できる波長帯の光を透過する材料で形成されている。温度差発現板６５の材料は、板状の強化プラスチックとするのが好ましい。温度差発現板６５の厚さは、例えば５ｃｍ程度とすることができる。
路面層３の上表面となる温度差発現板６５の上表面は、歩行者や車等の滑りを抑える加工がされている。滑りを抑える加工は、例えば、上表面に骨材を散布して凹凸を形成し、骨材を保持する結合材で上表面を覆ってもよく、摩擦係数の大きい樹脂で上表面をコーティングしてもよい。
【0024】
本発明に係る舗装構造物１は、装置部１０が、電極の温度変化によって発電する三次電池部３０及び電極間の温度差によって発電する熱電変換セル部２０の少なくとも何れかを有する。三次電池部３０は、温度が上昇していく日中及び温度が低下していく夜間において、舗装構造物１に生じる温度変化を利用して発電することができ、熱電変換セル部２０は、例えば舗装構造物１の深さ方向に生じる温度差を利用して発電することができる。このため、舗装構造物１は、設備インフラ等の環境から持続的に電力を取り出すことができる。また、例えば太陽光発電の日射量や日照時間が確保できない場合でも、設備インフラ等の環境における温度変化や温度差を有効に利用して発電することができる。
舗装構造物１は、積層部８０が単位構造体８１を重ね合わせて形成されることで、交通荷重に対する十分な強度を有しながら、舗装作業の効率を高め、施工性の向上を図ることができる。舗装構造物１は、積層部８０が空隙を有することで、雨水を路盤層２に貯留して、路面における水溜りを減らすことができる。また、箱状の装置部１０は、内部に発電等に係る電気的装置を設置することができ、雨水や衝撃等から電気的装置を保護することができる。
舗装構造物１は、積層部８０が単位構造体８１を重ね合わせて形成されることで、交通荷重に対する十分な強度を有しながら、舗装作業の効率を高め、施工性の向上を図ることができる。舗装構造物１は、積層部８０が空隙を有することで、雨水を路盤層２に貯留して、路面における水溜りを減らすことができる。また、箱状の装置部１０は、内部に発電等に係る電気的装置を設置することができ、雨水や衝撃等から電気的装置を保護することができる。
【0025】
舗装構造物１は、熱の伝導路となる熱伝導部材７０の基端部７１が、三次電池部３０に備わる電極に接続され、先端部７２が路面層３に配置されることで、三次電池部３０の電極が受け取る温度変化を大きくすることができ、発電量を大きくすることができる。
舗装構造物１は、熱の伝導路となる熱伝導部材７０の基端部７１が、熱電変換セル部２０の２種類の電極にそれぞれ接続され、それぞれの基端部７１に対応する先端部７２が路面層３における異なる深さに配置されることで、熱電変換セル部２０の電極が受け取る温度差を大きくすることができ、発電量を大きくすることができる。
舗装構造物１は、熱の伝導路となる熱伝導部材７０の基端部７１が、熱電変換セル部２０の２種類の電極にそれぞれ接続され、それぞれの基端部７１に対応する先端部７２が路面層３における異なる深さに配置されることで、熱電変換セル部２０の電極が受け取る温度差を大きくすることができ、発電量を大きくすることができる。
【0026】
舗装構造物１は、路面層３が光によって発電する光電変換部６０を有することで、例えば道路等の広い面積を有効に活用することができる。
舗装構造物１は、路面層３が板状の強化プラスチックであることで、例えば工場等で製造することができ、光電変換部６０を路面層３内に予め設けることができる。また、板状の強化プラスチックを並べることで路面層３とすることができ、路面層３の強度を確保しながら、施工現場における作業の効率化を図ることができる。
舗装構造物１は、装置部１０が蓄電部４０を有することで、熱電変換セル部２０、三次電池部３０及び光電変換部６０の発電量が大きい時間帯に蓄電部４０に充電し、発電量が小さい時間帯に蓄電部４０を放電させて電力を供給することができ、２４時間安定した自然エネルギーとして電力を供給することができる。
舗装構造物１は、路面層３が板状の強化プラスチックであることで、例えば工場等で製造することができ、光電変換部６０を路面層３内に予め設けることができる。また、板状の強化プラスチックを並べることで路面層３とすることができ、路面層３の強度を確保しながら、施工現場における作業の効率化を図ることができる。
舗装構造物１は、装置部１０が蓄電部４０を有することで、熱電変換セル部２０、三次電池部３０及び光電変換部６０の発電量が大きい時間帯に蓄電部４０に充電し、発電量が小さい時間帯に蓄電部４０を放電させて電力を供給することができ、２４時間安定した自然エネルギーとして電力を供給することができる。
【0027】
舗装構造物１は、装置部１０の制御部５０が蓄電部４０の充放電を制御することで、過充電を抑え、安定した電力の供給を図ることができる。また、制御部５０が電力を調整して供給することで、照明や信号、監視カメラ等の道路付帯設備や、電子機器、重電機、温度センサ等の機器に合わせて電力を供給することができ、環境から収穫した電力を汎用的に活用することができる。
舗装構造物１は、路面層３の上表面が、骨材及び骨材を保持する結合材で被覆されていることで、歩行者や車等の滑りを抑え、例えば歩行者が通行する場所であっても、歩行者の安全及び円滑な利用を図ることができる。
舗装構造物１は、路面層３の上表面が、骨材及び骨材を保持する結合材で被覆されていることで、歩行者や車等の滑りを抑え、例えば歩行者が通行する場所であっても、歩行者の安全及び円滑な利用を図ることができる。
【0028】
（変形例）
次に、熱電変換セルの変形例２１Ｓについて説明する。図３Ｂに一例を示すように、変形例２１Ｓは、電極２２Ａの外側の面に突起２８Ａが形成され、突起２８Ａの先端部が筐体２６から突出している点が熱電変換セル２１と異なる。その他の構成は、熱電変換セル２１と共通する。なお、電極２２Ｂの外側の面には、突起２８Ａと同様に突起２８Ｂが形成され、突起２８Ｂの先端部は筐体２６から突出している。
突起２８Ａ、２８Ｂの材料は、金属でもよく、粉体状や繊維状に加工した熱伝導率の大きい物質を分散させた樹脂等でもよい。
変形例２１Ｓは、電極２２Ａ、２２Ｂの突起２８Ａ、２８Ｂによって、周囲との熱接触を向上させて電極２２Ａ、２２Ｂ間の温度差を大きくし、発電量の増加を図ることができる。
次に、熱電変換セルの変形例２１Ｓについて説明する。図３Ｂに一例を示すように、変形例２１Ｓは、電極２２Ａの外側の面に突起２８Ａが形成され、突起２８Ａの先端部が筐体２６から突出している点が熱電変換セル２１と異なる。その他の構成は、熱電変換セル２１と共通する。なお、電極２２Ｂの外側の面には、突起２８Ａと同様に突起２８Ｂが形成され、突起２８Ｂの先端部は筐体２６から突出している。
突起２８Ａ、２８Ｂの材料は、金属でもよく、粉体状や繊維状に加工した熱伝導率の大きい物質を分散させた樹脂等でもよい。
変形例２１Ｓは、電極２２Ａ、２２Ｂの突起２８Ａ、２８Ｂによって、周囲との熱接触を向上させて電極２２Ａ、２２Ｂ間の温度差を大きくし、発電量の増加を図ることができる。
【0029】
なお、装置部１０は、熱電変換セル部２０及び三次電池部３０の何れか一方のみを有してもよく、両方を有してもよい。装置部１０を複数設け、複数の装置部１０ごとに電気的装置の組み合わせが異なっていてもよい。複数設けた装置部１０の熱電変換セル部２０、三次電池部３０及び蓄電部４０は、１つの制御部５０によって、又は複数の制御部５０を連携させて制御することができる。
制御部５０は、例えば蓄電部４０に外部から充電することができる電力入力端子を備えていてもよい。
制御部５０は、例えば外部から制御信号や温度情報等を入力することができる信号入力端子を備えていてもよい。例えば、熱電変換セル部２０、三次電池部３０及び光電変換部６０の発電量等をモニタすることができる信号出力端子を備えていてもよい。例えば、舗装構造物１が備える温度センサから入力される温度情報から発電量をシミュレートし、シミュレート結果が受け取る発電量と大きく異なる場合には、信号出力端子からアラーム信号を発するようにしてもよい。
制御部５０は、例えば蓄電部４０に外部から充電することができる電力入力端子を備えていてもよい。
制御部５０は、例えば外部から制御信号や温度情報等を入力することができる信号入力端子を備えていてもよい。例えば、熱電変換セル部２０、三次電池部３０及び光電変換部６０の発電量等をモニタすることができる信号出力端子を備えていてもよい。例えば、舗装構造物１が備える温度センサから入力される温度情報から発電量をシミュレートし、シミュレート結果が受け取る発電量と大きく異なる場合には、信号出力端子からアラーム信号を発するようにしてもよい。
【0030】
熱電変換セル２１、２１Ｓは、電極２２Ａ、２２Ｂが舗装構造物１における深さ方向に離隔する向きに設置してもよい。これにより、舗装構造物１の深さ方向の温度差を効率よく熱電変換セル２１、２１Ｓの電極に伝えることができる。さらに、熱電変換セル２１、２１Ｓの上下に熱伝導率の大きい材料を配置するのも好ましい。これにより、熱電変換セル２１、２１Ｓの位置に温度差を集中させることができる。
熱電変換セル部２０は、路面層３に温度差発現板６５を配置しない領域を設けて設置してもよい。熱電変換セル２１、２１Ｓは、熱伝導率の小さいデバイスであるため、路面層３の位置に生じている温度差を活かすことができる。また、筐体２６の強度は、必要に応じて高めることができ、路面層３に設置された場合でも、交通荷重等に対する十分な耐久性を実現することができる。
装置部１０の形状は、各種の柱体状や球体状であってもよく、電気的装置を設置できる空間を内部に有していればよい。
装置部１０は、舗装構造物１上を通行する人や車等の交通荷重に耐える強度を有するようにすることができる。箱状の装置部１０の強度を向上させて、積層部８０と共に路面層３を支持するようにしてもよい。これにより、舗装構造物１は、装置部１０を設置する場所の自由度を高めることができ、例えば路盤層２に埋設管が併設される等、路盤層２の空間に余裕がない場合であっても、装置部１０を設置する空間の確保を容易にすることができる。
熱電変換セル部２０は、路面層３に温度差発現板６５を配置しない領域を設けて設置してもよい。熱電変換セル２１、２１Ｓは、熱伝導率の小さいデバイスであるため、路面層３の位置に生じている温度差を活かすことができる。また、筐体２６の強度は、必要に応じて高めることができ、路面層３に設置された場合でも、交通荷重等に対する十分な耐久性を実現することができる。
装置部１０の形状は、各種の柱体状や球体状であってもよく、電気的装置を設置できる空間を内部に有していればよい。
装置部１０は、舗装構造物１上を通行する人や車等の交通荷重に耐える強度を有するようにすることができる。箱状の装置部１０の強度を向上させて、積層部８０と共に路面層３を支持するようにしてもよい。これにより、舗装構造物１は、装置部１０を設置する場所の自由度を高めることができ、例えば路盤層２に埋設管が併設される等、路盤層２の空間に余裕がない場合であっても、装置部１０を設置する空間の確保を容易にすることができる。
【符号の説明】
【0031】
１ 舗装構造物
２ 路盤層
３ 路面層
４ 基盤層
１０ 装置部
２０ 熱電変換セル部
２１ 熱電変換セル
２２ 電極
２３１ 膜
２３２ 膜
２５ 電解質溶液
２６ 筐体
３０ 三次電池部
３１ 三次電池セル
３２ 電極
３５ 電解質溶液
４０ 蓄電部
５０ 制御部
６０ 光電変換部
６５ 温度差発現板
７０ 熱伝導部材
７１ 基端部（熱伝導部材）
７２ 先端部（熱伝導部材）
８０ 積層部
１００ 地盤
２００ 地面
２ 路盤層
３ 路面層
４ 基盤層
１０ 装置部
２０ 熱電変換セル部
２１ 熱電変換セル
２２ 電極
２３１ 膜
２３２ 膜
２５ 電解質溶液
２６ 筐体
３０ 三次電池部
３１ 三次電池セル
３２ 電極
３５ 電解質溶液
４０ 蓄電部
５０ 制御部
６０ 光電変換部
６５ 温度差発現板
７０ 熱伝導部材
７１ 基端部（熱伝導部材）
７２ 先端部（熱伝導部材）
８０ 積層部
１００ 地盤
２００ 地面
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】