JP7049168B2 - 防災型建築構造物の構築システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、商用電源に頼ることがなく、建築構造物内において自前で電力を生成することができる防災型建築構造物の構築システム、あるいは商用電源からの電力供給を受けている場合でも、自然災害などにより、商用電源の電力供給が停止されたときに備え、建築構造物内において、自前で電力を生成することができるシステムを各種建築構造が異なる建築構造物の種類を考慮した上で、それぞれの建築構造物に適した防災システムを構築できる防災型建築構造物の構築システムに関するものである。

近年、新設の建築構造物については、全く商用電源に頼ることなく自前で電力を生成できるシステムを備えた防災型建築構造物の構築が要望されている。また、たとえ商用電源からの電力供給があっても、それは最小限にとどめ電力の多くは自前で生成出来るシステムを備えた防災型建築構造物の構築も要望されている。

さらに、近年、地震など自然災害に対応すべく、構築物の耐震性を向上させたる取り組みがなされているが、構造物の耐震性を向上させるだけではその建築構造物の防災についての取り組みは充分ではない。

大きな自然災害があった場合、その後のＢＣＰ対策を万全にしておく必要があり、建築構造物の居住者に対するライフラインも確保しておかねばならない。例えば、商用電源からの電力供給がストップしたとき、単に名目上非常用発電機が構築物内に搭載されていたとしても、電力遮断が数日間に亘って行われたときには前記従来からの非常用発電機での電力生成は不充分で、建築構造物のライフラインも途絶えてしまう恐れがある。

しかも、従来の非常用発電機はガソリンなどの化石燃料で稼働させるものであり、クリーンエネルギーが要望されている近年、社会の動向に一致しているとは言えない。
ここで、化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源としては燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムの燃料の一つとしては、水素燃料がある。

水素燃料を燃料とした燃料電池システムでは、電力発生時に水のみが排出されるので、最も環境負荷が小さいクリーンなエネルギー源として注目されている。
しかし、水素は常温では気体かつ可燃性物質でもあるため、貯蔵や運搬が難しい。
そこで、現在、水素を安全に貯蔵し、かつ必要に応じてレスポンスよく水素を供給できる各種の水素生成・水素貯蔵・水素供給システムが提案されている。

特開２０１７－８１７９３号公報

しかして、本発明は、前記従来からの要請、従来なされた提案、近年の社会動向に鑑みてなされたものであって、新設の建築構造物あるいは既設の建築構造物につき、その構造物の種類や規模、設置状況に応じて、自然災害時のＢＣＰ対策が適正に行え、またそれぞれの建築構造物のライフラインも確保でき、さらには、従来の非常用発電機がガソリンなどの化石燃料で稼働させるのに対して、前記化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源の水素を燃料とした防災型建築構造物の構築システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、
建築構造物内に、燃料電池と、該燃料電池に燃料となる水素を生成して供給する水素生成供給手段と、前記水素生成供給手段を稼働させて、水素生成を行わせる稼働手段とを１ユニットとした電力自動生成装置を設置してなり、
前記電力自動生成装置は、前記水素生成供給手段を、メチルシクロヘキサンと、該メチルシクロヘキサンを触媒と反応させて水素とトルエンとに分離する脱水素反応器とを有する脱水素装置で構成し、前記稼働手段を、前記触媒を加熱する加熱装置により構成し、前記脱水素装置の稼働後は、前記加熱装置に替えて前記分離生成されたトルエンの熱により前記触媒を加熱して水素とトルエンとに分離し、水素を生成して燃料電池の燃料とする、
ことを特徴とし、
または、
建築構造物内に、燃料電池と、該燃料電池に燃料となる水素を生成して供給する水素生成供給手段と、前記水素生成供給手段を稼働させて、水素生成を行わせる稼働手段とを１ユニットとした電力自動生成装置と制御装置とを設置してなり、
前記電力自動生成装置は、前記水素生成供給手段を、メチルシクロヘキサンと、該メチルシクロヘキサンを触媒と反応させて水素とトルエンとに分離する脱水素反応器とを有する脱水素装置で構成し、前記稼働手段を、前記触媒を加熱する加熱装置により構成し、前記脱水素装置の稼働後は、前記加熱装置に替えて前記分離生成されたトルエンの熱により前記触媒を加熱して水素とトルエンとに分離し、水素を生成して燃料電池の燃料とし、
前記制御装置は、建築構築物を構築する地域の浸水予想最大高さを検索する手段と、前記検索された浸水予想最大高さから、浸水しない建築構造物防災設備の設置階を算出する手段と、
前記建築構造物の規模から商用電源遮断時に、決められた時間内の消費電力量を算出する手段と、を備えた、
ことを特徴とし、
または、
前記熱を有するトルエンの通過路に熱発電機を設置し、該熱発電機で得られた電力を建築構造物内の負荷として利用する、
ことを特徴とし、
または、
前記加熱装置は、太陽電池から電力を加熱用に利用して構成した、
ことを特徴とし、
または、
前記制御装置は、建築構造物内への電力供給に当たり、商用電源からの電力供給と電力自動生成装置からの電力供給の切り替え制御を行う、
ことを特徴とするものである。

本発明によれば、新設の建築構造物あるいは既設の建築構造物につき、その構造物の種類や規模、設置状況に応じて、自然災害時のＢＣＰ対策が適正に行え、またそれぞれの建築構造物のライフラインも確保でき、さらには、従来の非常用発電機がガソリンなどの化石燃料で稼働させるのに対して、前記化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源の水素を燃料とした防災型建築構造物の構築システムを提供できるとの優れた効果を奏する。

本発明による電力自動生成装置の構成を説明する構成説明図である。 本発明の全体構成を説明する全体構成説明図である。 制御装置と外部サイトとの送受信状態を説明する説明図である。 制御装置の構成を説明する構成説明図である。 演算制御部の構成を説明する構成説明図である。

以下、本発明の実施例につき図を参照して説明する。
図１において符号１は、電力自動生成のために使用する装置を１セットのユニットにまとめて構成した本発明の電力自動生成装置を示す。

該電力自動生成装置１は、燃料電池２と脱水素装置３と該脱水素装置３内の反応器に流入させ、反応器内に取り付けられた白金などの触媒１８と反応させるメチルシクロヘキサン４と、該脱水素装置３内の触媒１８を加熱する加熱装置５と制御装置７とを有して構成されている。そして、前記メチルシクロヘキサン４は液体タンク６内に貯留される。

ここで、制御装置７では、メチルシクロヘキサン４の脱水素装置３への導入制御が行われる。すなわち、メチルシクロヘキサン４を脱水素装置３に導入して触媒１８に対し、所定時間の間隔をあけて噴霧する制御などが行われる。また、加熱装置５により触媒１８は高温に加熱されるが、前記触媒１８につきメチルシクロヘキサン４が噴霧されて反応が起こる温度まで達したか否かの判断が行われ、前記触媒１８が所定の高温度に達したとき、メチルシクロヘキサン４を触媒１８に噴霧する制御も行われる。さらに、分離した高温のトルエンを排出することなく巡回させて触媒１８を加熱する制御も行われる。また、建築構造物内への電力供給に当たり、商用電源からの電力供給と本発明による電力自動生成装置１からの電力供給の切り替え制御も行うものとされている。

ところで、例えば、図１に示すように、方形体状のボックスをなすコンテナ、キュービクルなどを用意し、該コンテナあるいはキュービクル内に前記燃料電池２と脱水素装置３と、メチルシクロヘキサン４が貯留されている液体タンク６及び加熱装置５、制御装置７などを配置して、電力自動生成装置１を形成する。

電力自動生成装置１を作動させるには、前記脱水素装置３内の触媒１８を加熱装置５により加熱しなければならない。ここで、加熱装置５の構成に何ら限定はない。ソーラーパネルを設置し、該ソーラーパネルで構成した太陽電池システムからの電力を利用して加熱装置５としても良い。さらに、加熱装置５として、例えば、ＬＰガスを用いた発電機が考えられる。これら発電機で発電した電力を例えば加熱ヒーターなどの加熱電力として使用し、触媒１８を加熱する。

尚、建築構造物の屋上に太陽熱温水器を設置し、この温水を利用するバイナリー発電機を取り付け、発電した電力を前記加熱装置５としても構わないし、バイナリー発電機で発電した電力を継続して建築構造物内に取り込み、その電力を使用するよう構成することも出来る。

前記触媒１８が加熱装置５により加熱されると、この加熱された高温の触媒１８にメチルシクロヘキサン４が接触して反応を起こし、水素とトルエンとに分離する。そして、この分離された水素を取り出し、前記燃料電池２に燃料として導入する。また、水素ボンベなどに蓄積する。

図１から理解されるように、符号６はメチルシクロヘキサン４を貯蔵する液体タンクである。メチルシクロヘキサン４は、通常、液体タンク６内に２００リットル貯留される。尚、法律などの改正によって２００リットル以上液体タンクに貯留出来るようになる場合もあり、２００リットル貯留の液体タンク６に限定されない。

脱水素装置３内の反応器には白金などから構成された触媒１８が設けられており、該触媒１８は加熱装置５により加熱され、加熱されて高温になった触媒１８にメチルシクロヘキサン４が接触し、水素とトルエンに分離するものとなる。

ここで、例えば、約７００℃の高温下で触媒１８とメチルシクロヘキサン４との間で反応が起き、それによりトルエンは分離生成される。分離されたトルエンは、２００℃以上の高温になっており、このトルエンの高熱は再度利用できる。よって、トルエンを排出することなく脱水素装置３内に戻す。すなわち、トルエンの高熱を利用して触媒１８を加熱し、触媒１８の高温状態を維持することが出来るのである。

また、触媒１８自体も反応動作により高温度状態が維持されており、２００℃のトルエンでの加熱によっても触媒１８の高温化は保持され、触媒１８とメチルシクロヘキサン４との反応動作を充分に遂行することが出来、もって水素とトルエンの分離は引き続き行えることになる。

すなわち、ＬＰガス発電機などの加熱装置５による前記触媒１８の加熱は当初の脱水素装置３の稼働時（例えば約１時間程度）のみでよく、水素とトルエンとの分離が行われた後は、高温のトルエンが発生するため、該トルエンの熱を加熱装置５の替わりに触媒１８の加熱に使用するのである。

ここで、メチルシクロヘキサン４を使用しての脱水素化反応により水素を生成する場合の手順を要約すると、まず、加熱装置５を用いて白金などの触媒１８を加熱する。次に、液体タンク６のポンプをオンにする。そして液体タンク６内のメチルシクロヘキサン４を脱水素装置３の反応器に向けて送る。例えば、バルブを一定時間毎に開き、噴霧ノズルからメチルシクロヘキサン４を一定時間毎に噴霧する。すると触媒１８の表面にて、噴霧されたメチルシクロヘキサン４の脱水素化反応が生じることにより、水素とトルエンとが分離生成される。高温化したトルエンは排出することなく回収してさらに触媒１８の加熱に使用する。

尚、図２に示すように、熱を有するトルエンの通過路、例えばトルエン地下タンク２２に向かう通過路に熱発電機２６を設置し、この熱発電機２６で得られた電力を建築構造物内の負荷として利用することも考えられる。さらに、この熱発電機２６を前記防災マンションの３階に設置した電力自動生成装置１内に設置することも出来る。すなわち分離したトルエンの熱で発電し、その電力を防災マンション内で使用すすることも出来る。尚、その後、トルエンは冷却して液体化させ、トルエン地下タンク２２へ貯留する。水素は、配管を通って燃料電池２へ送出する。

つぎに、符号７は制御装置を示す。該制御装置７は、インターネットなどの回線網８を介して複数の外部サイト９と接続して送受信を行う送受信部１０を有している。

また、各種の演算制御を行う演算制御部１１と、演算制御したデータを格納する記憶部１２と、キーボードあるいはタッチパネルなどから構成される入力部１３及びモニターディスプレイなどの表示部１４を有して構成される。

ここで、制御装置７では、防災マンションを新規に構築する際、あるいは既存のマンションに防災システムを導入する際のシステム設計が行えるよう構成されている。すなわち、制御装置７では、前記演算制御部１１の浸水高さ取得部１５によって、外部サイト９から、例えば防災マンション設置エリアにおける、津波による最大浸水高さのデータが取得される。

取得された最大浸水高さのデータは、電力自動生成装置設置階決定部１６に送出され、電力自動生成装置設置階決定部１６では、前記防災マンショにおいて、電力自動生成装置１を設置する設置階が決定される。

例えば、東京の下町江東区の想定される最大浸水高さが最大７ｍと想定される場合には、７ｍ以上のマンション階が前記電力自動生成装置１の設置階（例えば３階）として決定され、この階に電力自動生成装置１が設置されるものとなる。この階以下の階に電力自動生成装置１を設置すると装置が浸水する恐れがあり、浸水すると、電力自動生成の緊急対応が出来ないものとなる。

また、制御装置７は、自然災害などによって商用電源の供給が停止されたとき、例えば、２４時間（１日）の間、どの程度の電力が必要なのかを計測する必要電力計測部１７を有している。この必要電力計測部１７では、商用電源からの電力供給がストップする緊急時における電力自動生成装置１で生成される電力がどの程度必要なのかの計測を行うものである。

そして、前記必要電力の計測に際しては、マンション規模情報部２７からのデータが参酌される。すなわち、マンション規模情報部２７では、該当する防災マンションが、どの程度の世帯数を有するマンションなのか、また店舗を有するマンションなのか、また集会室やフロアーなどの共用部分の規模などがどの程度なのかなどの情報データがあらかじめ収集される。そして、これら収集されたマンション規模情報部２７の情報データは必要電力計測部１７に送出され、必要電力計測部１７では前記の情報データに基づき該当防災マンションの例えば２４時間（１日）の間、どの程度の電力が必要なのかが計測される。

ここで、所定の脱水素装置３において、２００リットルのメチルシクロヘキサン４からは、約１００ｍ^３の水素が得られ、この１００ｍ^３の水素を燃料にして燃料電池２では１２０ｋｗｈの電力が生成されることが確認されている。

よって、この規模の電力自動生成装置１であれば、約２４時間（約１日）の間に１２０ｋｗｈの電力が使用出来ることになる。しかしてこの電力使用、すなわち２４時間の間に１２０ｋｗｈの電力消費に見合う防災マンションの規模は４０世帯程度での共用部分を有するマンションであるとの判断が出来る。すなわち、前記共用部分、階段部分や廊下部分の照明灯用などの電力として、例えば1時間当たり５ｋｗｈの電力が使用されるとして約２４時間提供出来るものとなる。またＢＣＰ対策として、例えば３日間電力供給出来るシステムを構築する場合には、１時間当たり１．５ｋｗｈの電力を供給することが出来る。近年共用部分、階段部分や廊下部分の照明灯用などの電力は省電力のＬＥＤが使用されていることが多く、１．５ｋｗｈの電力供給でも充分であると言われている。また、携帯電話やパソコンの充電も充分に行える。

もし、これより規模の大きいマンションであれば、前記のメチルシクロヘキサン４を収納した液体タンク６の数を数本設置し、燃料となる水素の生成量を増やすことが考えられる。

この様に、２４時間に対応する電力だけではなく、２日分、３日分の消費電力が必要とされる場合にはその必要時間に合わせた液体タンク６の本数を設置することになる。

次に、制御装置７は、商用電源停止認識部１９を有している。この商用電源停止認識部１９では、地震などの自然災害や突発的な事故などで商用電源からの電力送出が停止されたことを認識するものであり、この電力送出の停止が認識されたとき、商用電源停止認識部１９からその情報が電力自動生成開始部２０へ通知され、この通知を受けて加熱装置５が稼働し、さらに、メチルシクロヘキサン４が脱水素装置３に導入され、電力自動生成装置１が稼働するよう構成されている。電力自動生成装置１が稼働すると、水素が生成され、生成された水素は燃料電池２に送出されて発電作業が開始される。

図２に、本発明の全体構成例を示す。
図２では、商用電源に頼らず、電力を自動的に生成する電力生成装置１を備えた建築構造物を示している。

この建築構造物の地下部には、まずメチルシクロヘキサン４を貯留するＭＣＨ地下タンク２１を有している。また電力自動生成装置１の稼働により水素とトルエンが分離生成されるが、分離されたトルエンを貯留するトルエン地下タンク２２を有している。

このシステムでは、商用電源に頼らず、電力自動生成装置１のみで建築構造物内の電力需要を賄うことが出来る。すなわち、ＭＣＨ地下タンク２１からメチルシクロヘキサン４を吸い上げて脱水素装置３に供給し、水素とトルエンとに分離する。水素は燃料電池２に供給して、発電させ、その電力を建築構造物内で使用する。分離後のトルエンはトルエン地下タンク２２に溜め、定期的に排出するものとなる。また、分離した水素は燃料電池２に送出するのみならず、水素ボンベに貯留しておくことも出来る。

ところで、地震などの自然災害や突発的な事故などが生じ、浸水が予想される場合には、浸水予想部２３からその情報が通知される。

この通知を受けて、ＭＣＨ地下タンク２１とトルエン地下タンク２２と電力自動生成装置１を連結している連結パイプ２４は遮断される。すなわち、ＭＣＨ地下タンク２１とトルエン地下タンク２２は密閉状態にされて流出の恐れが回避されるのである。尚、図２において、符号２５は各々通気口を示している。

尚、商用電源から電力供給を受けている場合にあっても、地下にＭＣＨ地下タンク２１やトルエン地下タンク２２を設けて、連続的に電力自動生成装置１を稼働させ、水素を生成できるシステムとしても良い。

１ 電力自動生成装置
２ 燃料電池
３ 脱水素装置
４ メチルシクロヘキサン
５ 加熱装置
６ 液体タンク
７ 制御装置
８ 回線網
９ 外部サイト
１０ 送受信部
１１ 演算制御部
１２ 記憶部
１３ 入力部
１４ 表示部
１５ 浸水高さ取得部
１６ 電力自動生成装置設置階決定部
１７ 必要電力計測部
１８ 触媒
１９ 商用電源停止認識部
２０ 電力自動生成開始部
２１ ＭＣＨ地下タンク
２２ トルエン地下タンク
２３ 浸水予想部
２４ 連結パイプ
２５ 通気口
２６ 熱発電機
２７ マンション規模情報部

Claims (5)

1. 建築構造物内に、燃料電池と、該燃料電池に燃料となる水素を生成して供給する水素生成供給手段と、前記水素生成供給手段を稼働させて、水素生成を行わせる稼働手段とを１ユニットとした電力自動生成装置を設置してなり、
   前記電力自動生成装置は、前記水素生成供給手段を、メチルシクロヘキサンと、該メチルシクロヘキサンを触媒と反応させて水素とトルエンとに分離する脱水素反応器とを有する脱水素装置で構成し、前記稼働手段を、前記触媒を加熱する加熱装置により構成し、前記脱水素装置の稼働後は、前記加熱装置に替えて前記分離生成されたトルエンの熱により前記触媒を加熱して水素とトルエンとに分離し、水素を生成して燃料電池の燃料とする、
   ことを特徴とする防災型建築構造物の構築システム。
   
2. 建築構造物内に、燃料電池と、該燃料電池に燃料となる水素を生成して供給する水素生成供給手段と、前記水素生成供給手段を稼働させて、水素生成を行わせる稼働手段とを１ユニットとした電力自動生成装置と制御装置とを設置してなり、
   前記電力自動生成装置は、前記水素生成供給手段を、メチルシクロヘキサンと、該メチルシクロヘキサンを触媒と反応させて水素とトルエンとに分離する脱水素反応器とを有する脱水素装置で構成し、前記稼働手段を、前記触媒を加熱する加熱装置により構成し、前記脱水素装置の稼働後は、前記加熱装置に替えて前記分離生成されたトルエンの熱により前記触媒を加熱して水素とトルエンとに分離し、水素を生成して燃料電池の燃料とし、
   前記制御装置は、建築構築物を構築する地域の浸水予想最大高さを検索する手段と、前記検索された浸水予想最大高さから、浸水しない建築構造物防災設備の設置階を算出する手段と、
   前記建築構造物の規模から商用電源遮断時に、決められた時間内の消費電力量を算出する手段と、を備えた、
   ことを特徴とする防災型建築構造物の構築システム。
   
3. 前記熱を有するトルエンの通過路に熱発電機を設置し、該熱発電機で得られた電力を建築構造物内の負荷として利用する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の防災型建築構造物の構築システム。
   
4. 前記加熱装置は、太陽電池から電力を加熱用に利用して構成した、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の防災型建築構造物の構築システム。
   
5. 前記制御装置は、建築構造物内への電力供給に当たり、商用電源からの電力供給と電力自動生成装置からの電力供給の切り替え制御を行う、
   ことを特徴とする請求項２記載の防災型建築構造物の構築システム。
   

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