(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度が補強され、電力生産機能を有する貯水槽用貯留構造体システムであって、
貯水槽の底部の地面に配置される第１のベース部と前記第１のベース部に一体に形成され、垂直に立てられた第１の筒体部を備えた第１のユニット部材と、
前記貯水槽の天井に配置されて土砂に覆われる第２のベース部と前記第２のベース部に垂直に突出して立てられた第２の筒体部を備えた第２のユニット部材と、
前記第１のユニット部材と前記第２のユニット部材の上下組み立てによって形成された前記筒体部の内部に垂直強度を補強するために設けられた補強柱と、
前記補強柱の内部に供給された水を利用して電力を生産する電力生産装置とを含み、
上記補強柱は、前記第１ユニット部材と前記第２のユニット部材とは別の柱であり、
前記補強柱は、上段部分柱、少なくとも一つ以上の中間部分柱、および下段部分柱が相互に連結された形態でなることを特徴とする貯水槽用貯留構造体システム。
【請求項２】
前記上段部分柱には、前記貯水槽の天井を支える上段プレートが設けられ、
前記下段部分柱には、前記貯水槽の底部に支持される下段プレートが設けられることを特徴とする請求項１に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
【請求項３】
前記上段部分柱、前記中間部分柱、および前記下段部分柱は、ねじ結合により連結され、
前記中間部分柱は長さが調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
【請求項４】
前記電力生産装置は、
水素と酸素の電気化学反応によって電気を生成する電気発生部と、
前記電気発生部の電気生成時に発生する熱を冷却するための冷却部と、
前記冷却部に貯水槽の貯留された水を供給するための冷却用水供給部とを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
【請求項５】
前記電力生産装置は、
前記補強柱の内部に流入される水をフィルタリングするためのフィルタと、
前記電気発生部を含むスタックモジュールと、
前記フィルタによってフィルタリングされた水を利用し、水素を生成して前記スタックモジュールに供給する触媒モジュールとをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
【請求項６】
前記電力生産装置は、
水素を含む燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部から供給された燃料から水素を得て前記電気発生部に供給する改質部とをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
【請求項７】
前記電力生産装置は、
水供給部から供給された水と電力供給部から供給された電気を利用して水素を生成させる水素生成スタック部と、
前記水素生成スタック部で生成された水素を貯蔵する水素貯蔵部とをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
【請求項８】
前記電力供給部の充電用バッテリーには、風力または太陽電池によって生成された電力が充電されることを特徴とする請求項７に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力生産装置および貯水槽用貯留構造体システムに関するものである。さらに詳しくは、雨水などを貯留する貯水槽用貯留構造体から電力を生産することができる貯水槽用電力生産装置と、垂直強度および水平方向のねじり強度が補強されて、電力生成装置を備えた貯水槽用貯留構造体システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の新再生または発電装置は燃料型、太陽熱または風力設備などであって、主に地上に設置された。そのため、設置場所の問題により都市型発電装置として活性化されるには多くの困難があった。これに、発明者は最近、水を利用して電気を生成する電気生産装置を都市型発電装置として使用する方法を検討した。
【０００３】
下水道は一般的に様々な場所から排出された家庭汚水、工場排水、雨水や地下水などをまとめて処理するために設置される導管、その他の工作物と施設を総称する。このような下水道に、最近は、大雨が集中的に降る場合、雨水などによる水害を防止し、一時的に河川があふれることを予防するために、地下に水を貯水する貯水施設が使用されている。
【０００４】
このような貯水施設の例が日本特許公開２０００−３５２０８０号に開示されている。日本特許公開２０００−３５２０８０号のユニット部材の例が図１に示されている。ユニット部材Ａは、矩形状のベース部１１０と、該ベース部１１０から一体に突出して配置された筒体部１２０を含む。また、ユニット部材Ａは、中心に対して対称的に４つの筒体部１２０が形成されている。このようなユニット部材Ａを上下に組み立てた場合の例が図２に示されている。
【０００５】
しかし、このようなユニット部材Ａのみを使用して貯水槽を形成する場合には、土砂等の荷重により貯水槽が崩壊しやすく、また、電気の生産のための設置スペースを得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３５２０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した問題を解決するために、本発明は、雨水などを貯留する貯水槽用貯留構造体から電力を生産することができる貯水槽用電力生産装置と、垂直強度および水平方向のねじり強度が補強されて、電力生成装置を備えた貯水槽用貯留構造体システム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】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明の一実施例に係る貯水槽用電力生産装置は、雨水または用水を地下に貯留するための貯水槽と、前記貯水槽の内部に貯留された水を利用して電気を生成する電気発生部と、前記電気発生部の電気生成時に発生する熱を冷却するための冷却部と、前記冷却部に前記貯水槽の貯留された水を供給するための冷却用水供給部を提供する。
【０００９】
貯水槽用電力生産装置は、前記貯水槽に貯留された水から前記電気発生部に流入される水をフィルタリングするためのフィルタと、前記電気発生部を構成するスタックモジュールと、前記フィルタによってフィルタリングされた水を利用して水素を生成し、前記スタックモジュールに供給する触媒モジュールをさらに含むことができる。
【００１０】
前記触媒モジュールは、触媒がプレート状からなって配置されているもの、または、触媒として水素化物粉末と酸性物粉末からなる混合粉末を利用することができる。
【００１１】
貯水槽用電力生産装置は、水素を含む燃料を供給する燃料供給部と、前記燃料供給部から供給された燃料から水素を得て前記電気発生部に供給する改質部をさらに含むことができる。
【００１２】
貯水槽用電力生産装置は、スタック用水供給部から供給された水と電力供給部から供給された電気を利用して水素を生成させる水素生成スタック部と、水素生成スタック部で生成された水素を貯蔵する水素貯蔵部をさらに含むことができる。
【００１３】
前記電気発生部は、単位セルが複数積層されて形成される燃料電池型スタック構造である。
【００１４】
前記燃料電池型スタック構造は、円筒内に配置される場合、螺旋形または円柱形である。
【００１５】
前記冷却部で暖められた水を家庭やビルの温水管や暖房管に送るための熱活用温水管をさらに含むことができる。
【００１６】
本発明の他の実施例に係る貯水槽用貯留構造体システムは、貯水槽の底部の地面に配置される第１のベース部と前記第１のベース部に一体に形成され、垂直に立てられた第１の筒体部を備えた第１のユニット部材と、前記貯水槽の天井に配置されて土砂に覆われる第２のベース部と前記第２のベース部に垂直に突出して立てられた第２の筒体部を備えた第２のユニット部材と、前記第１のユニット部材と前記第２のユニット部材の上下組み立てによって形成された前記筒体部の内部に垂直強度を補強するために設けられた補強柱と、前記補強柱の内部に供給された水を利用して電力を生産する電力生産装置とを提供することにより、上述した目的を達成することができる。
【００１７】
前記補強柱は、上段部分柱、少なくとも一つ以上の中間部分柱、および下段部分柱が相互に連結された形態である。
【００１８】
前記上段部分柱には、前記貯水槽の天井を支える上段プレートが設けられ、前記下段部分柱には、前記貯水槽の底部に支持される下段プレートが設けられる。
【００１９】
前記上段部分柱、前記中間部分柱、および前記下段部分柱は、ねじ結合により連結され、前記中間部分柱は長さが調節可能である。
【００２０】
前記電力生産装置は、水素と酸素の電気化学反応によって電気を生成する電気発生部と、前記電気発生部の電気生成時に発生する熱を冷却するための冷却部と、前記冷却部に貯水槽の貯留された水を供給するための冷却用水供給部とを含むことができる。
【００２１】
前記電力生産装置は、前記補強柱の内部に流入される水をフィルタリングするためのフィルタと、前記電気発生部を含むスタックモジュールと、前記フィルタによってフィルタリングされた水を利用して水素を生成し、前記スタックモジュールに供給する触媒モジュールをさらに含むことができる。
【００２２】
前記電力生産装置は、水素を含む燃料を供給する燃料供給部と、前記燃料供給部から供給された燃料から水素を得て前記電気発生部に供給する改質部をさらに含むことができる。
【００２３】
前記電力生産装置は、水供給部から供給された水と電力供給部から供給された電気を利用して水素を生成させる水素生成スタック部と、前記水素生成スタック部で生成された水素を貯蔵する水素貯蔵部をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００２４】
上述した構成によって、本発明は、上側荷重と左右水平方向の荷重に耐える力を補強して、大深度の貯水槽の施工が可能である。
【００２５】
また、本発明は、都心型貯水槽用電力発生装置であって、資源のリサイクルを通じた低炭素都市設計を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】貯水槽に利用される従来のユニット部材の例を示した図である。
【図２】図１のユニット部材を上下に組み立てた積層状態を示した図である。
【図３】本発明の一実施例に係る補強柱を備えた貯水槽用貯留構造体を示した図である。
【図４】図３に示された補強柱の例を示した図である。
【図５】図４に示された補強柱にフロアデッキが設けられた例が示された図である。
【図６】本発明の一実施例に係る貯水槽用電力生産装置を概略的に示した図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る貯水槽用電力生産装置を概略的に示した図である。
【図８】図６及び図７による電力生産による電極の配置を示した図である。
【図９】本発明の一実施例に係る電力生産装置を概略的に示したブロック図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施例に係る貯水槽用電力生産装置を概略的に示した図である。
【図１１】図１０の電力生産装置を複数備える場合を示した図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施例に係る貯水槽用電力生産装置を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例に基づいて、強度が補強され、電力生産機能を有する貯水槽用貯留構造体をさらに詳細に説明する。
【００２８】
図３は本発明の一実施例に係る補強柱を備えた貯水槽用貯留構造体を示した図であり、図４は図３に示された補強柱の例を示した図であり、図５は図４に示された補強柱にフロアデッキが設けられた例が示された図である。
【００２９】
図３のユニット部材Ａは、図１に示されたように、矩形状のベース部１１０と、該ベース部１１０から一体に突出して配置された筒体部１２０を含む。最下段のベース部１１０は、貯水槽の底部の地面に配置され、最上段のベース部１１０は、貯水槽の天井に配置されて土砂に覆われる。
【００３０】
また、図３に示されたように、ユニット部材Ａが上下に連結され、筒体部１２０の内部には、ユニット部材Ａの垂直強度を補強するための補強柱３１０が設けられている。ユニット部材Ａとユニット部材Ａを連結する連結構造は、筐体部１２０の内部に設けられた補強柱３１０に影響を及ぼさないように設計される。
【００３１】
本発明に係る補強柱３１０は金属製であることが好ましい。また、補強柱３１０は、貯水槽内部で荷重を全体から受けるように、連結部分のない一つの補強柱３１０を使用することが好ましいが、必要に応じては、複数の補強柱３１０を連結して使用することもできる。また、補強柱３１０は、連結された筒体部１２０全体に設けられて垂直方向の垂直強度を補強することもできるが、連結された筒体部１２０の一部にのみ設けることもできる。
【００３２】
図４は図３に示された補強柱３１０の例であって、複数の部分柱が連結される補強柱３１０が示されている。図４に示されたように、補強柱３１０は、複数の部分柱４０１、４０２、４０３、すなわち、上段部分柱４０１、少なくとも一つ以上の中間部分柱４０２、および下段部分柱４０３を含む。補強柱３１０は、複数の部分柱４０１、４０２、４０３が連結されて一つの長い棒の形で構成される。
【００３３】
ここで、各部分柱４０１、４０２、４０３の上側端部および下側端部には、雌ねじ溝４４２または雄ねじ溝４４１がそれぞれ形成されており、他の部分柱とネジ結合によって連結される。
【００３４】
一方、各部分柱４０１、４０２、４０３の端部には、雌ねじ溝のみ形成されているか、雄ねじ溝のみ形成されている場合もある。この場合には、雄ねじ溝または雌ねじ溝が形成されたリング状のジョイント部材４４０を利用して相互に連結することもできる。
【００３５】
このように、部分柱４０１、４０２、４０３をネジ結合により連結することにより、補強柱３１０の全体的な長さを調節することができる。これにより、補強柱３１０の上段部分柱４０１の上端と下段部分柱４０３の下端をそれぞれ貯水槽の天井と底部に密着させて、よりしっかりと固定させることができるようになる。これにより、貯水槽用貯留構造体の垂直方向の強度を向上させることができ、加えて、水平方向のねじれを防止することができる。
【００３６】
複数の部分柱４０１、４０２、４０３が連結されてなる補強柱３１０は、内部が全体として一つの空間を成すことができる。しかし、図４に示されたように、部分柱ごとに別々の空間を成すこともできる。この場合、後述するように、各部分柱４０１、４０２、４０３のそれぞれには、電力生産のための触媒モジュール６３０とスタックモジュール６４０が内蔵される。このとき、各部分柱４０１、４０２、４０３は、部分柱の側面を介して配線が引き出されるように構成することもできるが、図４に示すように、部分柱の上部と下部に配線端子４４３、４４４を備えて２つの部分柱がネジ結合により連結されるとき、下側の部分柱の配線端子と上側の部分柱の配線端子が互いに電気的に連結されるようにすることもできる。これにより、補強柱３１０は、別途配線が補強柱３１０の外部に露出されなくなるため、作業の利便性および耐久性が向上される。
【００３７】
一方、各補強柱３１０がネジ結合されるとき、貯水槽の水がネジ結合を介して配線端子に到達しないように、ネジ結合部位には、ゴムパッキンなどの適切な防水密閉手段が適用されることができる。
【００３８】
また、各部分柱のネジ溝は、補強柱３１０の全体的な垂直および水平方向への強度を向上させるために金属で形成され、さらに熱処理を行うことが望ましい。
【００３９】
一方、補強柱３１０は、貯水槽の水と常時接触しているので、水による酸化を防止するために、ステンレスやプラスチック樹脂のような耐酸化性の材質で製作されるか、酸化防止剤がコーティングされることができる。
【００４０】
また、補強柱３１０の上段部分柱４０１と下段部分柱４０３には、貯留構造体を天井および底部に確実に固定することができるように支持用プレートを備えることができる。このような例が図５に示されている。図５に示されたように、補強柱３１０の上段部分柱４０１には、上段支持用プレート５１０が設けられており、補強柱３１０の下段部分柱４０３には、下段支持用プレート５３０が設けられている。補強柱３１０のこのような上段支持用プレート５１０と下段支持用 プレート５３０は皿状をなす。また、補強柱３１０の中間部分柱４０２は、補強柱３１０の全長を合わせるために、長さが異なる場合もある。
【００４１】
また、上段支持用プレート５１０には、上段フロアデッキ連結部を介して上段フロアデッキ５２０が設けられ、同様に下段支持用プレート５３０には、下段フロアデッキ連結部を介して下段フロアデッキ５４０が設けられる。これにより、補強柱の垂直方向の力が分散されることができる。
【００４２】
本発明のこのような補強柱３１０の内部には、水を利用して電力を生産する電力生産装置が挿入される。これにより、単純に水を貯留する貯水槽のスペースを利用して電力を生産することができるようになる。
【００４３】
図６は本発明の一実施例に係る貯水槽用電力生産装置を概略的に示す図である。
【００４４】
上述したように、補強柱３１０は、内部が中空の管状に構成される。管状の補強柱３１０の上段および下段が閉鎖されている。図６には図示されていないが、補強柱３１０が水に対して完全に密閉されない場合には、補強柱の内部に別途カプセルをさらに設けることができる。
【００４５】
図６に示すように、補強柱３１０の内部には触媒モジュール６３０と、スタックモジュール６４０が備えられており、さらに、貯水槽に貯留された水を精製された水にフィルタリングするためのフィルタ６１０と、フィルタ６１０によってフィルタリングされた水の量を調節するためのディスペンサー６２０が設けられている。
【００４６】
触媒モジュール６３０には、水を利用して水素を発生させるための触媒が設けられている。この触媒はプレート状からなって配置され、また、粉末状６３２からなる。粉末状の触媒としては、水素化物粉末と酸性物粉末からなる混合粉末を用いることができる。
【００４７】
ディスペンサー６２０によって供給量が調節された水が触媒モジュール６３０に供給されると、触媒により水素が発生する。触媒モジュール６３０から発生した水素は、連結された供給管を通じてスタックモジュール６４０に提供される。
【００４８】
スタックモジュール６４０には燃料電池セルが備えられている。燃料電池セルとしては固体高分子形燃料電池が使用される。この固体高分子形燃料電池には、例えばスルポン酸基またはリン酸基を有する高分子電解質膜を挿入して、燃料極６４２と酸素極６４４が配置される。これら極６４２、６４４に燃料（水素）や酸素を供給すると、燃料極（負極）６４２から発生した水素イオン（陽子）が高分子電解質膜を通過して酸素極（正極）６４４に到達し、該酸素極６４４の触媒上で水素イオンと酸素が反応して水が発生する酸化還元反応を起こして、電気が得られるようになる。
【００４９】
図６では、スタックモジュール６４０が補強柱３１０の下部に配置されているが、触媒モジュール６３０が補強柱３１０の下部に配置され、触媒モジュール６３０の上にスタックモジュール６４０が配置されることもできる。
【００５０】
図７は、本発明の他の実施例に係る貯水槽用電力生産装置を概略的に示す図である。
【００５１】
図７に示すように、補強柱３１０の内部には触媒モジュール７３０、スタックモジュール７４０、直流変換器７５０および直流安定器７６０が設けられており、また、貯水槽に貯留された水を精製された水にフィルタリングするためのフィルタ６１０と、フィルタ６１０によってフィルタリングされた水の量を調節するためのディスペンサー６２０が設けられている。
【００５２】
触媒モジュール７３０には、水を利用して水素を発生させるための触媒が設けられており、該触媒は、プレート状７３２からなって配置され、また、粉末状からなる。粉末状の触媒としては、水素化物粉末と酸性物粉末からなる混合粉末を用いることができる。
【００５３】
ディスペンサー６２０によって供給量が調節された水が触媒モジュール７３０に供給されると、触媒によって水素などが発生する。触媒モジュール７３０から発生した水素などは、連結された供給管を通じてスタックモジュール７４０に提供される。
【００５４】
スタックモジュール７４０は、触媒から発生した水素などを利用して酸化還元反応を起こし、イオンまたは電荷が電極７４２に供給される。
【００５５】
スタックモジュール７４０の電極７４２で生成されたイオンまたは電荷は直流変換器７５０に供給され、直流変換器７５０は、イオンまたは電荷を利用して所定の電圧または電流を有する直流電力に変換する。直流変換器７５０で変換された直流電力は直流安定器７６０に供給され、直流安定器７６０は、直流変換器７５０で変換された直流電力をより一層安定した電力に調整する。
【００５６】
図８は、図６及び図７による電力生産による電極の配置を示す図である。
【００５７】
補強柱３１０ごとに第１の電極と第２の電極が配置された構成が図８(ａ)に示されている。すなわち、貯水槽には、複数の補強柱３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃが配置され、各補強柱３１０には、それぞれ第１の電極８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃと第２の電極８２０Ａ、８２０Ｂ、８２０Ｃが設けられている。このような補強柱３１０は、それ自体が電力を生産して出力することができる。各補強柱３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃで出力する電力は、直列または並列で連結され、充電モジュール９１０に提供される。
【００５８】
一方、補強柱３１０ごとに１つの電極のみ配置されることができるが、このような構造が図８(ｂ)に示されている。すなわち、例えば、補強柱３１０−１には第１の電極８３０-Ａが設けられ、補強柱３１０−２には第２の電極８３０−Ｂが設けられる。
【００５９】
このような構成によれば、貯水槽内に第１の電極８３０−Ａが設けられた補強柱３１０−１を複数備え、第２の電極８３０−Ｂが設けられた補強柱３１０−２を複数配置することで、それぞれの出力する電力を充電モジュール９１０に提供することができる。
【００６０】
図９は、本発明の一実施例に係る電力生産装置を概略的に示す図である。
【００６１】
図９に示すように、電力生産装置は、補強柱３１０の内部に配置された触媒モジュール６３０およびスタックモジュール６４０などと、補強柱３１０の外部に配置された充電モジュール９１０および変換モジュール９２０を含む。
【００６２】
補強柱３１０の内部で生産された電力は充電モジュール９１０に供給されるが、充電モジュール９１０は、充電制御器９１２と、ＤＣフィルタ９１４と、充電池９１６を含む。
【００６３】
充電制御器９１２は、充電池９１６に対する充電をスイッチングする。すなわち、貯水槽に雨水が十分貯留されないと、触媒モジュール６３０の貯蔵所に発電用の水が十分に流入されなくなるので、触媒モジュール６３０では電力を出力することができない。この場合には、逆に充電池９１６に貯蔵されていた電力が触媒モジュール６３０に逆流し得るため、充電制御器９１２は、このような現象を遮断するように備えられる。すなわち、充電制御器９１２は、触媒モジュール６３０から出力される電力が充電池９１６に貯蔵された電力より高い場合にのみ電力が触媒モジュール６３０から充電池の方に流れるように制御する。
【００６４】
ＤＣフィルタ９１４は、触媒モジュール６３０から出力される電力を充電池９１６の充電に適した電力に調整する。充電池９１６は、一定電圧の電力を外部に出力できるように構成された電荷貯蔵手段である。
【００６５】
充電池９１６に充電されたエネルギーは変換モジュール９２０に供給されるが、変換モジュール９２０は、Ａ/Ｃ変換器９２２と、ビル用電源ボックス９２４を含む。これにより、充電池に充電されたエネルギーは、Ａ/Ｃ変換器９２２に供給されて交流電圧に変換され、ビル用電源ボックス９２４を介して負荷９３０に電力を供給する。
【００６６】
一方、図９では、充電モジュール９１０の充電制御器９１２、ＤＣフィルタ９１４および充電池９１６を触媒モジュール６３０の外部に、すなわち、補強柱３１０の外部に配置することを示して説明したが、これらの構成が全て補強柱３１０内に挿入される構成も考慮することができる。
【００６７】
図１０は、本発明の一実施例に係る貯水槽用電力生産装置を概略的に示す図である。
【００６８】
図１０に示すように、貯水槽用電力生産装置は、燃料電池カプセル１０１０、燃料供給部１０２０、空気供給部１０３０、冷却部１０４０、冷却用水供給部１０４２、改質部１０５０、電気発生部１０６０、直流電源１０７０およびインバータ１０７２を含む。
【００６９】
図１０に示された燃料電池カプセル１０１０は、上述したように、補強柱３１０の内部に設けられることもあるが、貯水槽に補強柱がない場合には、それ自体が水に対する密閉空間として提供されることができる。
【００７０】
燃料供給部１０２０は、天然ガス、メタノール、エタノール、および石炭ガスなどを改質部１０５０に供給する。燃料供給部１０２０に貯蔵されている燃料は、燃料供給部１０２０に連結されている燃料供給手段（図示せず）によって改質部１０５０に供給される。燃料供給手段は空圧ポンプで、ダイアフラムポンプ、モーターポンプを含む様々なポンプを使用することができる。
【００７１】
空気供給部１０３０は、電気発生部１０６０に連結され、電気発生部１０６０に酸素を含有した気体を供給する。空気供給部１０３０は、好ましくは、酸素を含む空気を供給するエアコンプレッサーで形成され、所定の供給圧力で空気を供給する。これにより、空気供給部１０３０は、電気発生部１０６０のカソード電極に酸素を供給して電気発生部１０６０で電気化学反応が進行されるようにする。
【００７２】
冷却部１０４０は、電気発生部１０６０から発生する熱を冷却する。電気発生部１０６０から発生した熱を冷却することによって暖められた水は、熱活用温水管１０８０などを介してビルや家庭の暖房管１０８２や温水管１０８６に供給される。冷却用水供給部１０４２は、冷却部１０４０に冷却用の水を供給し、そのために貯水槽の水を利用する。
【００７３】
改質部１０５０は、水素を含む燃料を改質して水素を主成分とする水素ガスを生成して電気発生部１０６０に供給する。改質部１０５０は、改質の方式によって水蒸気改質方式、自然改質方式、部分酸化方式に分類される。部分酸化方式と自然改質方式は、初期始動および負荷の変動に応じた応答特性が優れているのに対し、水蒸気改質方式は水素生産効率の面で優れているという長所がある。水蒸気改質方式は、燃料と水蒸気の化学反応、すなわち、熱エネルギーによる化学触媒反応によって水素を主成分とする改質ガス、すなわち、水素ガスを得る。水蒸気改質方式は、熱エネルギーによる化学触媒反応を行うために外部から大量の熱エネルギーを必要とするが、改質ガスの供給が安定的で、比較的高濃度の水素を得ることができる。
【００７４】
改質部１０５０で生成される改質ガスは、主成分である水素ガスとともに、水蒸気、微量の一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンガスが含まれる。ここで、水蒸気は、別途気液分離器（図示せず）を介して分離され、水素ガスだけが電気発生部１０６０に供給される。また、一酸化炭素は電気発生部１０６０の電極に使用される白金触媒を被毒させ、電力生産装置の性能を低下させるので、別途一酸化炭素除去手段（図示せず）を使用して除去する。
【００７５】
電気発生部１０６０は、外部から供給される水素と酸素の電気化学反応によって電気を生成する。さらに詳しくは、電気発生部は膜-電極アセンブリと膜-電極アセンブリの両側に配置されたバイポーラプレートで構成される単位セルが複数積層されて形成される燃料電池型スタックを含んで形成される。燃料電池型スタック構造は、円筒内に配置される場合、螺旋形または円柱形である。
【００７６】
膜-電極アセンブリは、アノード電極(燃料極)とカソード電極(空気極)との間に電解質膜が積層されて形成される。アノード電極とカソード電極は、燃料の供給及び拡散のための燃料拡散層と、燃料の酸化/還元反応が起こる触媒層、そして電極支持体を備えてなる。アノード電極は、供給される燃料から電子と水素イオンを分離させ、電解質膜は、水素イオンをカソード電極に移動させる。カソード電極は、アノード電極から供給された電子と水素と酸素を反応させて水を生成する。これにより、電気発生部１０６０は、水素と酸素の電気化学的反応により電気エネルギーを生成する。
【００７７】
電気発生部１０６０で生成された直流電源１０７０は、インバータ１０７２を介して外部充電池９１６に充電される。
【００７８】
図１０に示した電力生産装置は、電気の生産だけでなく、貯水槽の水を利用して電気発生部１０６０を冷却し、その際に温められた水をビルや家庭の温水または暖房水に利用することができ、電力生産による効率を最大８０％まで上げることができる。
【００７９】
図１１は、図１０の電力生産装置を複数備える場合を示す図である。
【００８０】
各燃料電池カプセルには、図１０に示された冷却部１０４０、改質部１０５０、電気発生部１０６０、直流電源１０７０、およびインバータ１０７２が含まれている。各燃料電池カプセル１０１０には、燃料供給部１０２０から燃料流入管１１１０を介して燃料が供給される。また、各冷却部１０４０には、熱活用温水管１０８０が連結されており、温められた水をビルや家庭に供給する。また、各インバータ１０７２の電力は、電力線１０３０を介して充電池９１６に連結される。一方、充電池９１６には、各インバータ１０７２の電力だけでなく、風力や太陽電池(図示せず)によって生成された電力がさらに供給されて充電される。
【００８１】
図１２は、本発明の他の実施例に係る貯水槽用電力生産装置を概略的に示す図である。
【００８２】
図１２に示すように、燃料電池を利用した地下貯水槽用電力生産装置は、貯水槽１０１０、電力供給部１２１０、空気供給部１０３０、スタック用水供給部１２２０、水素生成スタック部１２３０、水素貯蔵部１２４０、および電気発生部１０６０を含む。
【００８３】
電力供給部１２１０は、水素生成スタック部１２３０に電気を供給するためのもので、充電用バッテリー(図示せず)を備えることができる。充電用バッテリーに充電された電力は、風力や太陽電池(図示せず)によって生成された電力でもある。スタック用水供給部１２２０は、水素生成スタック部１２３０に水を供給するためのもので、貯水槽の水をフィルタリングするためのフィルタを備えることができる。
【００８４】
水素生成スタック部１２３０は、スタック用水供給部１２２０から供給された水と電力供給部１２１０から供給された電気を利用して水素を生成する。水素生成スタック部１２３０で生成された水素は、水素貯蔵部１２４０に貯蔵される。
【００８５】
電気発生部１０６０は、外部から供給される水素と酸素の電気化学反応によって電気を生成する。さらに詳しくは、電気発生部は膜-電極アセンブリと膜-電極アセンブリの両側に配置されたバイポーラプレートで構成される単位セルが複数積層されて形成される燃料電池型スタックを含んで形成される。膜-電極アセンブリは、アノード電極(水素極)とカソード電極(酸素極)との間に電解質膜が積層されて形成される。アノード電極は、供給される水素から電子と水素イオンを分離させ、電解質膜は、水素イオンをカソード電極に移動させる。カソード電極は、アノード電極から供給された電子と水素と酸素を反応させて水を生成する。これにより、電気発生部１０６０は、水素と酸素の電気化学的反応により電気エネルギーを生成する。
【００８６】
上述した構成からなる貯水槽用貯留構造体により施工された雨水貯水槽によれば、地下に設置することにより、地上にどのような構造物を設置する必要がなく、海に放流される雨水を貯留し、貯留された水を再活用することができるので、未来型都市に有用である。特に、捨てられていた無限の水によって発電を行なうことができるので、環境にやさしい無限のエネルギーを生産することができる。
【００８７】
洪水防災や水の再利用のための都市型分散貯水槽において、貯水槽の地下有用スペースを利用した燃料電池の地下設置により、都心空間活用効率の確保と、分散型発電設備の確保、貯水槽の水を利用して温水や暖房水を供給することができる。
【００８８】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したのに過ぎないものであり、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者ならば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施例により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、雨水などを貯留する貯水槽用貯留構造体から電力を生産することができる貯水槽用電力生産装置と、垂直方向および水平方向のねじり強度が補強されて、電力生成装置を備えた貯水槽用貯留構造体システムに利用可能である。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］  雨水または用水を地下に貯留するための貯水槽と、
前記貯水槽の内部に貯留された水を利用して電気を生成する電気発生部と、
前記電気発生部の電気生成時に発生する熱を冷却するための冷却部と、
前記冷却部に前記貯水槽の貯留された水を供給するための冷却用水供給部とを含むことを特徴とする貯水槽用電力生産装置。
［２］  前記貯水槽に貯留された水から前記電気発生部に流入される水をフィルタリングするためのフィルタと、
前記電気発生部を構成するスタックモジュールと、
前記フィルタによってフィルタリングされた水を利用し、水素を生成して前記スタックモジュールに供給する触媒モジュールとをさらに含むことを特徴とする［１］に記載の貯水槽用電力生産装置。
［３］  前記触媒モジュールは、触媒がプレート状からなって配置されているもの、または、触媒として水素化物粉末と酸性物粉末からなる混合粉末を利用することを特徴とする［２］に記載の貯水槽用電力生産装置。
［４］  水素を含む燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部から供給された燃料から水素を得て前記電気発生部に供給する改質部とをさらに含むことを特徴とする［１］に記載の貯水槽用電力生産装置。
［５］  スタック用水供給部から供給された水と電力供給部から供給された電気を利用して水素を生成させる水素生成スタック部と、
前記水素生成スタック部で生成された水素を貯蔵する水素貯蔵部とをさらに含むことを特徴とする［１］に記載の貯水槽用電力生産装置。
［６］  前記電気発生部は、単位セルが複数積層されて形成される燃料電池型スタック構造であることを特徴とする［１］に記載の貯水槽用電力生産装置。
［７］  前記燃料電池型スタック構造は、円筒内に配置される場合、螺旋形または円柱形であることを特徴とする［６］に記載の貯水槽用電力生産装置。
［８］  前記冷却部で暖められた水を家庭やビルの温水管や暖房管に送るための熱活用温水管をさらに含むことを特徴とする［１］に記載の貯水槽用電力生産装置。
［９］  強度が補強され、電力生産機能を有する貯水槽用貯留構造体システムであって、
貯水槽の底部の地面に配置される第１のベース部と前記第１のベース部に一体に形成され、垂直に立てられた第１の筒体部を備えた第１のユニット部材と、
前記貯水槽の天井に配置されて土砂に覆われる第２のベース部と前記第２のベース部に垂直に突出して立てられた第２の筒体部を備えた第２のユニット部材と、
前記第１のユニット部材と前記第２のユニット部材の上下組み立てによって形成された前記筒体部の内部に垂直強度を補強するために設けられた補強柱と、
前記補強柱の内部に供給された水を利用して電力を生産する電力生産装置とを含むことを特徴とする貯水槽用貯留構造体システム。
［１０］  前記補強柱は、上段部分柱、少なくとも一つ以上の中間部分柱、および下段部分柱が相互に連結された形態でなることを特徴とする［９］に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
［１１］  前記上段部分柱には、前記貯水槽の天井を支える上段プレートが設けられ、
前記下段部分柱には、前記貯水槽の底部に支持される下段プレートが設けられることを特徴とする［１０］に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
［１２］  前記上段部分柱、前記中間部分柱、および前記下段部分柱は、ねじ結合により連結され、
前記中間部分柱は長さが調節可能であることを特徴とする［１０］に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
［１３］  前記電力生産装置は、
水素と酸素の電気化学反応によって電気を生成する電気発生部と、
前記電気発生部の電気生成時に発生する熱を冷却するための冷却部と、
前記冷却部に貯水槽の貯留された水を供給するための冷却用水供給部とを含むことを特徴とする［９］乃至［１２］の何れか一項に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
［１４］  前記電力生産装置は、
前記補強柱の内部に流入される水をフィルタリングするためのフィルタと、
前記電気発生部を含むスタックモジュールと、
前記フィルタによってフィルタリングされた水を利用し、水素を生成して前記スタックモジュールに供給する触媒モジュールとをさらに含むことを特徴とする［１３］に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
［１５］  前記電力生産装置は、
水素を含む燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部から供給された燃料から水素を得て前記電気発生部に供給する改質部とをさらに含むことを特徴とする［１３］に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
［１６］  前記電力生産装置は、
水供給部から供給された水と電力供給部から供給された電気を利用して水素を生成させる水素生成スタック部と、
前記水素生成スタック部で生成された水素を貯蔵する水素貯蔵部とをさらに含むことを特徴とする［１４］に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
［１７］  前記電力供給部の充電用バッテリーには、風力または太陽電池によって生成された電力が充電されることを特徴とする［１６］に記載の貯水槽用貯留構造体システム。
【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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