CN105401645A - 储水槽用储存结构体系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储水槽用储存结构体系统。本发明的储水槽用储存结构体系统的特征在于，强度得到加强并具有发电功能，所述储水槽用储存结构体系统包括：第一单元构件，具备：第一基座部，配置在储水槽底部的地面上；以及第一筒体部，与所述第一基座部一体形成，垂直竖立；第二单元构件，具备：第二基座部，配置在所述储水槽的顶棚，被沙土覆盖；以及第二筒体部，在所述第二基座部上以垂直的方式突出竖立；加强柱，设置在通过所述第一单元构件和所述第二单元构件的上下组装形成的所述筒体部的内部，用于加强垂直强度；以及电力生产装置，利用供给到所述加强柱内部的水发电。通过所述结构，能够利用储水槽的地下有用空间确保分散型发电设备。

Description

储水槽用储存结构体系统

分案申请

本申请是申请日为2013年9月3日、发明名称为“储水槽用电力生产装置和储水槽用储存结构体系统”的第201380003651.X号专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及储水槽用储存结构体系统。具体地说，涉及垂直强度和水平方向的扭曲强度得到加强的、具备电力生产装置的储水槽用储存结构体系统。

背景技术

现有的新的再生或发电装置是燃料型、太阳能或风力设备等，主要设置在地上。因此，由于设置场所的问题，作为城市型发电装置进行利用存在很多困难。本发明人最近研究了将利用水发电的电力生产装置作为城市型发电装置使用的方法。

下水道通常是用于汇总处理从各种场所排出的家庭污水、工厂排水、雨水和地下水等而设置的导管、其他的建筑和设施的总称。最近在集中下大雨时，为了防止因雨水等造成的水灾以及预防河流暂时溢出，在所述的下水道中使用在地下储水的蓄水设施。

日本专利公开公报2000-352080号公开了这种蓄水设施的例子。图1表示了日本专利公开公报2000-352080号的单元构件的例子。单元构件A包括：矩形的基座部110；以及从所述基座部110一体突出配置的筒体部120。此外，单元构件A形成有中心对称的四个筒体部120。图2表示了将这种单元构件A上下组装的例子。

可是，仅使用这种单元构件A形成储水槽时，因沙土等的负荷，储水槽容易倒塌，此外不能得到用于发电的设置空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题

为了解决所述的问题，本发明的目的是提供一种垂直强度和水平方向的扭曲强度得到加强的、具备电力生产装置的储水槽用储存结构体系统。

解决技术问题的技术方案

为了达到所述的目的，本发明的实施例提供一种储水槽用储存结构体系统，其包括：第一单元构件，具备：第一基座部，配置在储水槽底部的地面上；以及第一筒体部，与所述第一基座部一体形成，垂直竖立；第二单元构件，具备：第二基座部，配置在所述储水槽的顶棚，被沙土覆盖；以及第二筒体部，在所述第二基座部上以垂直的方式突出竖立；加强柱，设置在通过所述第一单元构件和所述第二单元构件的上下组装形成的所述筒体部的内部，用于加强垂直强度；以及电力生产装置，利用供给到所述加强柱内部的水发电。该储水槽用储存结构体系统能够达成所述目的。

优选的是，所述加强柱以上层分柱、至少一个以上的中间分柱和下层分柱相互连接的方式构成。

优选的是，所述上层分柱上设有支承所述储水槽的顶棚的上层板，所述下层分柱上设有被所述储水槽的底部支承的下层板。

优选的是，所述上层分柱、所述中间分柱和所述下层分柱是通过螺纹连接来连接的，所述中间分柱的长度能调节。

优选的是，所述电力生产装置包括：发电部，通过氢和氧的电化学反应发电；冷却部，用于对所述发电部发电时产生的热量进行冷却；以及冷却用水供给部，用于向所述冷却部供给所述储水槽储存的水。

优选的是，所述电力生产装置还包括：过滤器，用于过滤流入所述加强柱内部的水；组件模块，包括所述发电部；以及催化剂模块，利用通过所述过滤器过滤后的水，生成氢并向所述组件模块供给。

优选的是，所述电力生产装置还包括：燃料供给部，供给含氢的燃料；以及改性部，由从所述燃料供给部供给的燃料得到氢并向所述发电部供给。

优选的是，所述电力生产装置还包括：氢生成组件部，利用从水供给部供给的水和从供电部供给的电生成氢；以及氢储存部，储存在所述氢生成组件部生成的氢。

发明效果

按照所述的结构，本发明使耐受上侧负荷和左右水平方向的负荷的力得到加强，能够进行大深度的储水槽的施工。

此外，本发明能够成为市中心型储水槽用电力生产装置，能够实现通往资源再利用的低碳城市设计。

附图说明

图1是表示用于储水槽的、现有的单元构件的例子的图。

图2是表示将图1的单元构件上下组装后的层叠状态的图。

图3是表示本发明的一个实施例的、具备加强柱的储水槽用储存结构体的图。

图4是表示图3所示的加强柱的例子的图。

图5是表示在图4所示的加强柱上设有承接板(フロアデッキ)的例子的图。

图6是简要表示本发明的一个实施例的储水槽用电力生产装置的图。

图7是简要表示本发明另外的实施例的储水槽用电力生产装置的图。

图8是表示图6和图7的发电电极的配置的图。

图9是简要表示本发明的一个实施例的电力生产装置的框图。

图10是简要表示本发明的另一实施例的储水槽用电力生产装置的图。

图11是表示具备多个图10的电力生产装置的情况的图。

图12是简要表示本发明的另一实施例的储水槽用电力生产装置的图。

具体实施方式

下面参照附图并基于本发明的实施例，详细说明强度得到加强的、具有发电功能的储水槽用储存结构体。

图3表示了本发明的一个实施例的、具备加强柱的储水槽用储存结构体，图4表示了图3所示的加强柱的例子，图5表示了在图4所示的加强柱上设有承接板的例子。

如图1所示，图3的单元构件A包括：矩形的基座部110；以及筒体部120，从所述基座部110以一体的方式突出配置。最下层的基座部110配置在储水槽底部的地面上，最上层的基座部110配置于储水槽的顶棚并被沙土覆盖。

此外，如图3所示，单元构件A上下连接，在筒体部120的内部设有用于加强单元构件A的垂直强度的加强柱310。连接单元构件A和单元构件A的连接结构被设计成不影响设置在筒体部120的内部的加强柱310。

优选的是，本发明的加强柱310是金属制的。此外，虽然优选的是加强柱310使用没有连接部分的一个加强柱310，使得在储水槽内部从整体承受负荷，但是根据需要，也可以连接使用多个加强柱310。此外，加强柱310可以设置在被连接的筒体部120全体上以加强垂直方向的垂直强度，也可以仅在被连接的筒体部120的一部分上设置加强柱310。

图4表示了图3所示的加强柱310的例子，是将多个分柱连接成的加强柱310。如图4所示，加强柱310包括多个分柱401、402、403，即加强柱310包括上层分柱401、至少一个以上的中间分柱402和下层分柱403。将多个分柱401、402、403连接成一个长的棒形构件而构成加强柱310。

在此，在各分柱401、402、403的上侧端部和下侧端部上，分别形成有内螺纹槽442或外螺纹槽441，各分柱通过螺纹连接与其他的分柱连接。

另一方面，在各分柱401、402、403的端部，有时仅形成内螺纹槽或仅形成外螺纹槽。此时，各分柱401、402、403可以利用形成有外螺纹槽或内螺纹槽的环状的连接构件440相互连接。

这样，通过利用螺纹连接来连接分柱401、402、403，能够调节加强柱310的整体长度。由此，加强柱310的上层分柱401的上端和下层分柱403的下端分别与储水槽的顶棚和底部紧密接触，可以更牢固地被固定。由此，可以提高储水槽用储存结构体的垂直方向的强度，并且能够防止水平方向的扭转。

多个分柱401、402、403连接而成的加强柱310，可以使内部整体形成一个空间。可是，如图4所示，也可以在每个分柱分别形成空间。此时，如后所述，在各分柱401、402、403的每一个中，内置有用于发电的催化剂模块630和组件模块640。此时，各分柱401、402、403可以通过分柱的侧面引出配线。也可以如图4所示，当分柱的上部和下部具备配线端子443、444并通过螺纹连接来连接两个分柱时，将下侧的分柱的配线端子与上侧的分柱的配线端子相互电连接。由此，不会另外有配线露出到加强柱310的外部，能够提高操作的便利性和耐久性。

另一方面，当各加强柱310被螺纹连接时，为了不让储水槽的水经由螺纹连接到达配线端子，可以在螺纹连接部位采用橡胶垫圈等适当的防水密封手段。

此外，各分柱的螺纹槽由用于提高加强柱310整体的垂直和水平方向的强度的金属形成，并优选的是进一步进行了热处理。

另一方面，由于加强柱310总是接触储水槽的水，所以为了防止因水导致的氧化，可以用不锈钢和塑料树脂这样的耐氧化性的材质制作，或涂敷抗氧化剂。

此外，加强柱310的上层分柱401和下层分柱403上，可以具备支承用板，使得能够可靠地将储存结构体固定于顶棚和底部。图5表示了这种例子。如图5所示，加强柱310的上层分柱401上设有上层支承用板510，加强柱310的下层分柱403上设有下层支承用板530。加强柱310的这种上层支承用板510和下层支承用板530呈盘状。此外，为了使加强柱310的全长一致，加强柱310的中间分柱402有时长度彼此不同。

此外，在上层支承用板510上通过上层承接板连接部设有上层承接板520，同样地，在下层支承用板530上通过下层承接板连接部设有下层承接板540。由此，可以使加强柱的垂直方向的力被分散。

在本发明的这种加强柱310的内部，插入有利用水发电的电力生产装置。由此，能够利用单纯储存水的储水槽的空间发电。

图6示意性地表示了本发明的一个实施例的储水槽用电力生产装置。

如上所述，加强柱310内部形成中空的管状。管状的加强柱310的上层和下层封闭。尽管图6没有图示，但是当加强柱310针对水未完全密封时，可以在加强柱的内部进一步另外设置密封容器。

如图6所示，加强柱310的内部具备催化剂模块630以及组件模块640，并且设有过滤器610以及分配器620，所述过滤器610用于将储存在储水槽中的水过滤为净化水，所述分配器620用于调节通过过滤器610过滤的水的量。

在催化剂模块630上设有利用水产生氢的催化剂。所述催化剂以板状方式配置，或者为粉末状632。作为粉末状的催化剂，可以使用由氢化物粉末和酸性物质粉末构成的混合粉末。

如果通过分配器620被调节了供给量的水供给到催化剂模块630，则通过催化剂生成氢。从催化剂模块630产生的氢，通过连接的供给管向组件模块640提供。

组件模块640具备燃料电池。作为燃料电池采用固体高分子型燃料电池。在所述固体高分子形燃料电池中，插入有例如具有磺酸基或磷酸基的高分子电解质膜，并配置有燃料极642和氧极644。如果对这些极642、644供给燃料(氢)和氧，则从燃料极(负极)642产生的氢离子(质子)通过高分子电解质膜到达氧极(正极)644，在所述氧极644的催化剂上，引起氢离子和氧反应并生成水的氧化还原反应，由此得到电。

在图6中，组件模块640配置在加强柱310的下部，也可以将催化剂模块630配置在加强柱310的下部，并在催化剂模块630的上方配置组件模块640。

图7示意性地表示了本发明另外的实施例的储水槽用电力生产装置。

如图7所示，在加强柱310的内部设有催化剂模块730、组件模块740、直流转换器750和直流稳定器760，此外，设有过滤器610以及分配器620，所述过滤器610用于将储水槽储存的水过滤为净化水，所述分配器620用于调节通过过滤器610过滤的水的量。

催化剂模块730上设有利用水产生氢的催化剂，所述催化剂以板状的方式配置，或者为粉末状。作为粉末状的催化剂，可以采用由氢化物粉末和酸性物质粉末构成的混合粉末。

如果通过分配器620被调节了供给量的水供给到催化剂模块730，则通过催化剂产生氢等。从催化剂模块730产生的氢等，通过连接的供给管向组件模块740供给。

组件模块740利用从催化剂产生的氢等引起氧化还原反应，将离子或电荷向电极742供给。

在组件模块740的电极742生成的离子或电荷供给到直流转换器750，直流转换器750利用离子或电荷转换为具有规定的电压或电流的直流电。在直流转换器750转换成的直流电向直流稳定器760供给，直流稳定器760将在直流转换器750转换成的直流电调整为更稳定的电力。

图8表示了图6和图7的发电电极的配置。

图8的(a)表示了在每个加强柱310配置有第一电极和第二电极的结构。即，储水槽中配置有多个加强柱310A、310B、310C，在各加强柱310上分别设有第一电极810A、810B、810C和第二电极820A、820B、820C。这种加强柱310其自身能够发电并输出。通过各加强柱310A、310B、310C输出的电力以串联或并联的方式连接，并向充电模块910提供。

另一方面，可以在每个加强柱310上仅配置一个电极，图8的(b)表示了这种结构。即，例如在加强柱310-1上设有第一电极830-A，在加强柱310-2上设有第二电极830-B。

按照这种结构，通过在储水槽内具备多个设有第一电极830-A的加强柱310-1，并配置多个设有第二电极830-B的加强柱310-2，能够将各个输出的电力向充电模块910提供。

图9示意性地表示了本发明的一个实施例的电力生产装置。

如图9所示，电力生产装置包括配置在加强柱310的内部的催化剂模块630和组件模块640等以及配置在加强柱310的外部的充电模块910和转换模块920。

在加强柱310的内部产生的电力供给到充电模块910，充电模块910包括充电控制器912、DC滤波器914和充电电池916。

充电控制器912对针对充电电池916的充电进行开关。即，当储水槽未储存足够的雨水时，由于变成未向催化剂模块630的储存部流入足够的发电用的水，所以催化剂模块630不能输出电力。此时，由于反过来充电电池916中储存的电力能向催化剂模块630逆流，所以充电控制器912用来切断这种逆流现象。即，充电控制器912进行控制，仅在从催化剂模块630输出的电力高于充电电池916中储存的电力时，使电力从催化剂模块630流向充电电池一方。

DC滤波器914把从催化剂模块630输出的电力调整为适合对充电电池916充电的电力。充电电池916是能向外部输出规定电压的电力的电荷储存装置。

向充电电池916充电得到的能量被供给到转换模块920，转换模块920包括A/C转换器922和建筑用电源箱924。由此，向充电电池充电的能量供给到A/C转换器922并转换为交流电压，通过建筑用电源箱924把电力供给到负荷930。

另一方面，在图9中说明了将充电模块910的充电控制器912、DC滤波器914和充电电池916配置在催化剂模块630的外部亦即配置在加强柱310的外部的情况，也可以考虑将这些构件都插入加强柱310内。

图10示意性地表示了本发明的一个实施例的储水槽用电力生产装置。

如图10所示，储水槽用电力生产装置包括燃料电池盒1010、燃料供给部1020、空气供给部1030、冷却部1040、冷却用水供给部1042、改性部1050、发电部1060、直流电源1070和转换器1072。

如上所述，图10所示的燃料电池盒1010可以设置在加强柱310的内部，当储水槽中没有加强柱时，其自身也能作为针对水的密封空间进行提供。

燃料供给部1020向改性部1050供给天然气、甲醇、乙醇和煤气等。储存在燃料供给部1020中的燃料，通过与燃料供给部1020连接的燃料供给装置(未图示)供给到改性部1050。燃料供给装置为气压泵，可以使用包括隔膜泵、电动泵等各种泵。

空气供给部1030与发电部1060连接，向发电部1060供给含有氧的气体。空气供给部1030优选的是由供给含有氧的空气的空气压缩机形成，以规定的供给压力供给空气。由此，空气供给部1030向发电部1060的阴极电极供给氧，从而在发电部1060进行电化学反应。

冷却部1040对从发电部1060产生的热量进行冷却。通过对从发电部1060产生的热量进行冷却而被加热的水，通过热量利用温水管1080等向建筑和家庭的供暖管1082和温水管1086供给。冷却用水供给部1042利用储水槽的水向冷却部1040供给冷却用的水。

改性部1050对包含氢的燃料进行改性，生成以氢为主要成分的氢气并供给到发电部1060。改性部1050按改性的方式分为水蒸气改性方式、自然改性方式、部分氧化方式。部分氧化方式和自然改性方式的、对初期始动和负荷的变动响应的响应特性优异，相对于此，水蒸气改性方式的优点是氢生产率方面优秀。水蒸气改性方式通过燃料与水蒸气的化学反应亦即通过利用热能的化学催化剂反应得到以氢为主要成分的改性气体亦即氢气。水蒸气改性方式虽然为了进行利用热能的化学催化剂反应，需要从外部吸收大量的热能，但是改性气体的供给稳定，并且能得到较高浓度的氢。

在改性部1050生成的改性气体，在主要成分的氢气以外，还含有水蒸气、微量的一氧化碳、二氧化碳和甲烷气体。在此，水蒸气另外通过气液分离器(未图示)分离，仅将氢气供给到发电部1060。此外，因为一氧化碳会使在发电部1060的电极中使用的白金催化剂中毒，从而使电力生产装置的性能降低，所以另外使用一氧化碳除去装置(未图示)除去一氧化碳。

发电部1060通过从外部供给的氢和氧的电化学反应发电。更具体而言，发电部包含层叠多个单位电池而形成的燃料电池型组件，所述单位电池由膜-电极组件以及配置在膜-电极组件两侧的双极板构成。当燃料电池型组件结构配置在圆筒内时，燃料电池型组件结构为螺旋形或圆柱形。

通过在阳极电极(燃料极)和阴极电极(空气极)之间层叠电解质膜形成膜-电极组件。阳极电极和阴极电极具备：燃料扩散层，用于燃料的供给和扩散；催化剂层，引起燃料的氧化/还原反应；以及电极支承体。阳极电极使电子和氢离子从供给的燃料分离，电解质膜使氢离子向阴极电极移动。阴极电极使从阳极电极供给的电子、氢和氧反应并生成水。由此，发电部1060利用氢和氧的电化学性反应生成电能。

在发电部1060生成的直流电源1070，通过转换器1072对外部充电电池916充电。

图10所示的电力生产装置不仅能够发电，并且能够利用储水槽的水对发电部1060进行冷却，并将此时被加热的水利用为建筑和家庭的温水或供暖水，能将发电效率最大提高到80％。

图11表示了具备多个图10的电力生产装置的情况。

各燃料电池盒包括图10所示的冷却部1040、改性部1050、发电部1060、直流电源1070和转换器1072。从燃料供给部1020通过燃料流入管1110向各燃料电池盒1010供给燃料。此外，各冷却部1040与热量利用温水管1080连接，将被加热的水向建筑和家庭供给。此外，各转换器1072的电力通过电线1030与充电电池916连接。另一方面，不仅是各转换器1072的电力，通过风力和太阳能电池(未图示)生成的电力也向充电电池916供给并对其进行充电。

图12示意性地表示了本发明另外的实施例的储水槽用电力生产装置。

如图12所示，利用了燃料电池的地下储水槽用电力生产装置包括储水槽1010、供电部1210、空气供给部1030、组件用水供给部1220、氢生成组件部1230、氢储存部1240和发电部1060。

供电部1210用于对氢生成组件部1230供电，可以具备充电用电池(未图示)。向充电用电池充电的电力，也有通过风力和太阳能电池(未图示)生成的电力。组件用水供给部1220用于向氢生成组件部1230供水，可以具备用于过滤储水槽的水的过滤器。

氢生成组件部1230利用从组件用水供给部1220供给的水和从供电部1210供给的电生成氢。在氢生成组件部1230生成的氢，储存到氢储存部1240中。

发电部1060通过从外部供给的氢和氧的电化学反应发电。更具体而言，发电部包含层叠多个单位电池而形成的燃料电池型组件，所述单位电池由膜-电极组件和配置在膜-电极组件两侧的双极板构成。膜-电极组件通过在阳极电极(氢极)和阴极电极(氧极)之间层叠电解质膜而形成。阳极电极使电子和氢离子从供给的氢分离，电解质膜使氢离子向阴极电极移动。阴极电极使从阳极电极供给的电子、氢和氧反应并生成水。由此，发电部1060利用氢和氧的电化学性反应生成电能。

按照利用由所述结构构成的储水槽用储存结构体施工得到的雨水储水槽，通过将其设置在地下，无需在地上设置任何结构物，就能储存向大海放出的雨水，并能再次利用储存的水，因此对未来型城市是有用的。特别是，由于能利用被废弃的无限的水进行发电，所以能够生产环境友好型的无限的能量。

在用于洪水防灾和水的再利用的城市型分散储水槽中，通过将利用了储水槽的地下有用空间的燃料电池设置在地下，能够保证城市中心的空间的利用效率，并且能够确保分散型发电设备、利用储水槽的水供给温水和供暖水。

以上的说明仅仅例示性地说明了本发明的技术思想，只要是具备本发明所属技术领域通常知识的技术人员，就可以在不脱离本发明的本质性特征的范围内进行各种各样的修改和变形。因此，本发明公开的实施例并非用于限定本发明的技术思想，而是仅用于说明，这些实施例并不限定本发明技术思想的范围。本发明的保护范围由权利要求决定，在与本发明的保护范围同等范围内的所有的技术思想都应被解释为包含在本发明的权利范围内。

工业实用性

本发明可以应用于能够从储存雨水等的储水槽用储存结构体发电的储水槽用电力生产装置以及垂直方向和水平方向的扭曲强度得到加强的、具备电力生产装置的储水槽用储存结构体系统。

Claims (9)

1.一种储水槽用储存结构体系统，其特征在于，强度得到加强并具有发电功能，

所述储水槽用储存结构体系统包括：

第一单元构件，具备：第一基座部，配置在储水槽底部的地面上；以及第一筒体部，与所述第一基座部一体形成，垂直竖立；

第二单元构件，具备：第二基座部，配置在所述储水槽的顶棚，被沙土覆盖；以及第二筒体部，在所述第二基座部上以垂直的方式突出竖立；

加强柱，设置在通过所述第一单元构件和所述第二单元构件的上下组装形成的所述筒体部的内部，用于加强垂直强度；以及

电力生产装置，利用供给到所述加强柱内部的水发电。

2.根据权利要求1所述的储水槽用储存结构体系统，其特征在于，所述加强柱以上层分柱、至少一个以上的中间分柱和下层分柱相互连接的方式构成。

3.根据权利要求2所述的储水槽用储存结构体系统，其特征在于，

所述上层分柱上设有支承所述储水槽的顶棚的上层板，

所述下层分柱上设有被所述储水槽的底部支承的下层板。

4.根据权利要求2所述的储水槽用储存结构体系统，其特征在于，

所述上层分柱、所述中间分柱和所述下层分柱是通过螺纹连接连接的，

所述中间分柱的长度能调节。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的储水槽用储存结构体系统，其特征在于，

所述电力生产装置包括：

发电部，通过氢和氧的电化学反应发电；

冷却部，用于对所述发电部发电时产生的热量进行冷却；以及

冷却用水供给部，用于向所述冷却部供给所述储水槽储存的水。

6.根据权利要求5所述的储水槽用储存结构体系统，其特征在于，

所述电力生产装置还包括：

过滤器，用于过滤流入所述加强柱内部的水；

组件模块，包括所述发电部；以及

催化剂模块，利用通过所述过滤器过滤后的水，生成氢并向所述组件模块供给。

7.根据权利要求5所述的储水槽用储存结构体系统，其特征在于，

所述电力生产装置还包括：

燃料供给部，供给含氢的燃料；以及

改性部，由从所述燃料供给部供给的燃料得到氢并向所述发电部供给。

8.根据权利要求6所述的储水槽用储存结构体系统，其特征在于，

所述电力生产装置还包括：

氢生成组件部，利用从水供给部供给的水和从供电部供给的电生成氢；以及

氢储存部，储存在所述氢生成组件部生成的氢。

9.根据权利要求8所述的储水槽用储存结构体系统，其特征在于，通过风力或太阳能电池生成的电力向所述供电部的充电用电池充电。