WO2014181933A1 - 저수조용 전력 생산 장치 및 저수조용 저류 구조체 시스템 - Google Patents

저수조용 전력 생산 장치 및 저수조용 저류 구조체 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a power generation device and a reservoir structure system for a reservoir. More specifically, the present invention relates to a reservoir power generation apparatus capable of producing electric power in a reservoir structure for storing rainwater and the like, and a reservoir structure system for storage tanks having a vertical strength and horizontal warp strength and having a power generation device. will be.
  • Sewerage generally refers to conduits and other workpieces and facilities installed to collect and treat household sewage, factory wastewater, rainwater and groundwater from multiple sources.
  • water storage facilities are used to store water underground to prevent flooding due to rainwater and temporarily prevent flooding of rivers.
  • the unit member A includes a base portion 110 having a rectangular shape and a cylindrical portion 120 protruding integrally from the base portion 110.
  • the unit member A is provided with four cylinder parts 120 symmetrically with respect to the center.
  • An example showing the case of assembling the unit member A up and down is shown in FIG. 2.
  • the reservoir is easily collapsed by a load such as earth and sand, and an installation space for electricity production cannot be obtained.
  • the present invention provides a reservoir power production apparatus capable of producing electric power in a reservoir structure for storing rainwater and the like, and a reservoir equipped with a power generating apparatus which is reinforced with vertical strength and horizontal warp strength.
  • An object of the present invention is to provide a storage structure system.
  • the electric power generating device for a reservoir to generate electricity using a reservoir for storing rainwater or water in the basement, and the water stored in the reservoir.
  • the reservoir power production apparatus generates hydrogen using a filter for filtering water flowing into the electricity generator from water stored in the reservoir, a stack module constituting the electricity generator, and water filtered by the filter. It may further include a catalyst module for supplying the stack module.
  • the catalyst module may be one in which the catalyst is arranged in a plate shape or a mixed powder composed of a hydride powder and an acid powder as a catalyst.
  • Reservoir power generation device includes a fuel supply unit for supplying fuel including hydrogen,
  • the fuel supply unit may further include a reforming unit which obtains hydrogen from the fuel supplied from the fuel supply unit and supplies the hydrogen to the electricity generator.
  • the reservoir power generation apparatus further includes a hydrogen generation stack unit for generating hydrogen using water supplied from a stack water supply unit and electricity supplied from a power supply unit, and a hydrogen storage unit for storing hydrogen generated from the hydrogen generation stack unit. It may include.
  • the electricity generation unit may have a fuel cell stack structure in which a plurality of unit cells are stacked.
  • the fuel cell stack structure may be spiral or cylindrical when disposed in a cylinder.
  • It may further include a heat utilization hot water pipe for sending the water warmed in the cooling unit to a hot water pipe or a heating pipe of a home or building.
  • a reservoir structure system for a reservoir includes a first unit member having a first base portion disposed on a bottom surface of the reservoir and a first cylindrical portion integrally formed vertically and integrally formed with the first base portion.
  • a second unit member having a second base portion disposed on the ceiling of the water tank and covered with soil, and a second cylinder portion projecting perpendicularly to the second base portion, the first unit member and the second portion;
  • the reinforcing pillar may be formed in a form in which the upper partial pillar, at least one middle partial pillar and the lower partial pillar are connected to each other.
  • the upper part pillar may be provided with an upper plate supporting the ceiling of the reservoir, and the lower part pillar may be provided with a lower plate supported on the bottom of the reservoir.
  • the upper partial pillar, the middle partial pillar and the lower partial pillar may be connected by screwing, and the middle partial pillar may have an adjustable length.
  • the electric power generating device includes an electricity generation unit for generating electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, a cooling unit for cooling heat generated when electricity is generated in the electricity generation unit, and a storage tank of the water reservoir. It may include a cooling water supply for supplying water.
  • the power generation apparatus may include a filter for filtering water introduced into the reinforcement pillar, a stack module including the electricity generating unit, and hydrogen generated by using the water filtered by the filter. It may further comprise a catalyst module for supplying.
  • the power generation apparatus may further include a fuel supply unit supplying a fuel including hydrogen, and a reforming unit which obtains hydrogen from the fuel supplied from the fuel supply unit and supplies the hydrogen to the electricity generation unit.
  • the power generation apparatus may further include a hydrogen generation stack unit generating hydrogen using water supplied from a water supply unit and electricity supplied from a power supply unit, and a hydrogen storage unit storing hydrogen generated from the hydrogen generation stack unit. Can be.
  • the present invention can reinforce the force to withstand the upper load and the load in the horizontal direction, the construction of the reservoir of large depth.
  • the present invention can implement a low-carbon urban design through the recycling of resources to the urban water reservoir power generation device.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a conventional unit member used for the reservoir.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a laminated state in which the unit member of FIG. 1 is assembled up and down.
  • FIG 3 is a view showing a storage structure for a reservoir having a reinforcing column according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an example of the reinforcing column shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which a floor deck is provided in the reinforcement pillar illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a view schematically illustrating an apparatus for producing power for a reservoir according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view schematically illustrating an apparatus for producing power for a reservoir according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an arrangement of electrodes according to power generation according to FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 9 is a block diagram schematically illustrating a power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view schematically illustrating an apparatus for producing power for a reservoir according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a case where a plurality of power generation devices of FIG. 10 are provided.
  • FIG. 12 is a view schematically illustrating an apparatus for producing power for a reservoir according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a storage structure for a reservoir having a reinforcing column according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view showing an example of the reinforcing column shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is shown in FIG. 4.
  • An example is shown in which the floor deck is provided in the illustrated reinforcement pillar.
  • the unit member A of FIG. 3 includes a base portion 110 having a rectangular shape and a cylindrical portion 120 protruding integrally from the base portion 110.
  • the lowermost base 110 is disposed on the bottom ground of the reservoir, and the uppermost base 110 is disposed on the ceiling of the reservoir and covered with soil.
  • the unit members A are connected up and down, and a reinforcement pillar 310 is provided in the tubular portion 120 to reinforce the vertical strength of the unit members A.
  • the connection structure connecting the unit member A and the unit member A is designed so as not to affect the reinforcement pillar 310 provided inside the cylinder portion 120.
  • the reinforcement pillar 310 according to the present invention is preferably made of metal.
  • the reinforcement pillar 310 is preferably used to use a single reinforcement pillar 310 without a connecting portion to receive the load as a whole inside the reservoir, but if necessary to connect a plurality of reinforcement pillar 310 It may be.
  • the reinforcement pillars 310 may be provided in the entirety of the connected cylindrical portion 120 to reinforce the vertical strength in the vertical direction, but may be provided only in a portion of the connected cylindrical portion 120.
  • the reinforcement pillar 310 includes a plurality of partial pillars 401, 402, 403, that is, an upper partial pillar 401, at least one intermediate partial pillar 402 and a lower partial pillar 403. It includes.
  • the reinforcement pillar 310 has a plurality of partial pillars 401, 402, and 403 connected to each other to form one long rod shape.
  • each of the partial pillars 401, 402, 403 are formed with a female screw groove 442 or a male screw groove 441, respectively, and are connected to another partial pillar by screwing.
  • each partial pillar 401, 402, 403. may be connected to each other using a ring-shaped joint member 440 having a male screw groove or a female screw groove.
  • the overall length of the reinforcing pillar 310 may be adjusted.
  • the upper end of the upper part pillar 401 and the lower part of the lower part pillar 403 of the reinforcement pillar 310 may be tightly fixed to the ceiling and the bottom of the water reservoir, respectively.
  • strength of the storage structure for water tanks can be improved, and the distortion of a horizontal direction can also be prevented.
  • the reinforcement pillar 310 formed by connecting the plurality of partial pillars 401, 402, and 403 may form a space as a whole. However, as shown in FIG. 4, each of the partial columns may form a separate space. In this case, as described later, each of the partial pillars 401, 402, and 403 may have a catalyst module 630 and a stack module 640 for power generation. In this case, each of the partial pillars 401, 402, and 403 may be configured to draw wires through the side surfaces of the partial pillars, but as shown in FIG. 4, the wiring terminals 443 and 444 are provided on the upper and lower portions of the partial pillars.
  • the wiring terminals of the lower partial pillar and the wiring terminals of the upper partial pillar may be electrically connected to each other.
  • the reinforcement pillar 310 is not exposed to the outside of the reinforcement pillar 310, convenience and durability of the operation may be improved.
  • a suitable waterproof sealing means such as rubber packing may be applied to the screwed portion so that the water of the reservoir does not reach the wiring terminal through the screwing.
  • each of the pillars is formed of a metal, in order to improve the strength of the reinforcement pillar 310 in the overall vertical and horizontal direction, it is more preferable to perform a heat treatment.
  • the reinforcement pillar 310 since the reinforcement pillar 310 is always in contact with the water of the reservoir, in order to prevent oxidation by water, it may be made of an oxidation resistant material such as stainless steel or plastic resin, or coated with an antioxidant.
  • the upper partial pillar 401 and the lower partial pillar 403 of the reinforcement pillar 310 may be provided with a support plate to securely secure the storage structure to the ceiling and the floor. Is shown. As shown in FIG. 5, the upper part pillar 401 of the reinforcement pillar 310 is provided with an upper support plate 510, and the lower part pillar 403 of the reinforcement pillar 310 has a lower support plate ( 530 is provided. The upper support plate 510 and the lower support plate 530 of the reinforcement pillar 310 may have a dish shape. In addition, the middle partial column 402 of the reinforcing column 310 may have a different length to match the overall length of the reinforcing column 310.
  • the upper support plate 510 may be provided with an upper floor deck 520 through an upper floor deck connection
  • the lower support plate 530 may be provided with a lower floor deck 540 through a lower floor deck connection. May be provided. Thereby, the force in the vertical direction of the reinforcing column can be dispersed.
  • a power production device for producing power using water Inside the reinforcement pillar 310 of the present invention is inserted a power production device for producing power using water. As a result, it is possible to produce electric power by simply using the space of the reservoir to store water.
  • FIG. 6 is a view schematically illustrating an apparatus for producing power for a reservoir according to an embodiment of the present invention.
  • the reinforcing pillar 310 may be configured in the form of a tube empty inside. The top and bottom of the tubular reinforcement pillar 310 is closed. Although not shown in FIG. 6, when the reinforcing pillar 310 may not be completely sealed against water, a separate capsule may be further provided inside the reinforcing pillar.
  • a catalyst module 630 and a stack module 640 are provided in the reinforcement pillar 310, and a filter 610 for filtering the water stored in the reservoir with purified water.
  • a dispenser 620 is provided for adjusting the amount of water filtered by the filter 610.
  • the catalyst module 630 is provided with a catalyst for generating hydrogen using water.
  • This catalyst may be arranged in a plate shape and may also be in powder form 632.
  • a powder catalyst a mixed powder consisting of a hydride powder and an acid powder may be used.
  • the stack module 640 is provided with a fuel cell.
  • a solid polymer fuel cell is used as the fuel cell.
  • a fuel electrode 642 and an oxygen electrode 644 are arranged by inserting a polymer electrolyte membrane having a sulfonic acid group or a phosphoric acid group.
  • fuel (hydrogen) or oxygen is supplied to these poles 642 and 644
  • hydrogen ions (protons) generated at the fuel pole (negative electrode) 642 pass through the polymer electrolyte membrane to reach the oxygen pole (positive electrode) 644.
  • hydrogen ions and oxygen react on the catalyst of the oxygen electrode 644 to obtain electricity while generating a redox reaction in which water is generated.
  • the stack module 640 is disposed under the reinforcement pillar 310, but the catalyst module 630 is disposed under the reinforcement pillar 310, and the stack module 640 is disposed on the catalyst module 630. It may be arranged.
  • FIG. 7 is a view schematically illustrating an apparatus for producing power for a reservoir according to another embodiment of the present invention.
  • the catalyst module 730, the stack module 740, the DC converter 750, and the DC stabilizer 760 are provided in the reinforcement pillar 310, and the water stored in the reservoir may be provided.
  • a filter 610 for filtering with purified water and a dispenser 620 for adjusting the amount of water filtered by the filter 610 are provided.
  • the catalyst module 730 is provided with a catalyst for generating hydrogen using water.
  • the catalyst may be arranged in a plate shape 732 and may also be in powder form.
  • a powder catalyst a mixed powder consisting of a hydride powder and an acid powder may be used.
  • the stack module 740 generates a redox reaction using hydrogen generated in the catalyst, and ions or charges are supplied to the electrode 742.
  • the ions or charges generated at the electrode 742 of the stack module 740 are supplied to the direct current converter 750, and the direct current converter 750 converts the direct current power having a predetermined voltage or current using ions or electric charges.
  • the DC power converted by the DC converter 750 is supplied to the DC ballast 760, and the DC ballast 760 adjusts the DC power converted by the DC converter 750 to more stable power.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an arrangement of electrodes according to power generation according to FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 8A The configuration in which the first electrode and the second electrode are disposed for each of the reinforcement pillars 310 is illustrated in FIG. 8A. That is, a plurality of reinforcement pillars 310A, 310B, and 310C may be disposed in the reservoir, and each of the reinforcement pillars 310 may include first electrodes 810A, 810B, and 810C and second electrodes 820A, 820B, and 820C, respectively. This is provided.
  • One such reinforcement pillars 310 may produce and output power by itself. Power output from each of the reinforcing pillars 310A, 310B, and 310C may be connected to the charging module 910 by being connected in series or in parallel.
  • only one electrode may be disposed per reinforcing column 310, which is shown in 8 (b). That is, for example, the first electrode 830 -A may be provided in the reinforcement pillar 310-1, and the second electrode 830 -B may be provided in the reinforcement pillar 310-2.
  • a plurality of reinforcement pillars 310-1 provided with the first electrode 830-A and a plurality of reinforcement pillars 310-2 provided with the second electrode 830-B are arranged in the reservoir.
  • the power output from each unit may be provided to the charging module 910.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • the power generation apparatus includes a catalyst module 630 and a stack module 640 disposed inside the reinforcement pillar 310, and a charging module 910 disposed outside the reinforcement pillar 310. And a conversion module 920.
  • Power generated inside the reinforcement pillar 310 is supplied to the charging module 910, which includes a charging controller 912, a DC filter 914, and a rechargeable battery 916.
  • the charging controller 912 switches charging of the rechargeable battery 916. That is, if rainwater is not sufficiently stored in the reservoir, the water for power generation does not sufficiently flow into the reservoir of the catalyst module 630, and thus, the catalyst module 630 cannot output power. In this case, rather, the power stored in the rechargeable battery 916 can flow back to the catalyst module 630, so that the charge controller 912 can be implemented to block this phenomenon. That is, the charging controller 912 controls the power to flow from the catalyst module 630 to the battery side only when the power output from the catalyst module 630 is higher than the power stored in the battery 916.
  • the DC filter 914 adjusts the power output from the catalyst module 630 to a power suitable for charging the rechargeable battery 916.
  • the rechargeable battery 916 may be charge storage means configured to output power of a predetermined voltage to the outside.
  • the energy charged in the rechargeable battery 916 is supplied to the conversion module 920, which includes an A / C converter 922 and a building power box 924.
  • the energy charged in the rechargeable battery is supplied to the A / C converter 922 to be converted into an AC voltage, and power is supplied to the load 930 through the building power box 924.
  • the charging controller 912, the DC filter 914, and the rechargeable battery 916 of the charging module 910 are disposed outside the catalyst module 630, that is, outside the reinforcement pillar 310. Although illustrated and described, all of these configurations may also be considered to be inserted into the reinforcement pillar 310.
  • FIG. 10 is a view schematically illustrating an apparatus for producing power for a reservoir according to an embodiment of the present invention.
  • the power generating device for the reservoir includes a fuel cell capsule 1010, a fuel supply unit 1020, an air supply unit 1030, a cooling unit 1040, a cooling water supply unit 1042, and a reforming unit 1050. ), An electric generator 1060, a DC power supply 1070, and an inverter 1072.
  • the fuel ground capsule 1010 illustrated in FIG. 10 may be provided inside the reinforcement pillar 310 as described above, but may be provided as a sealed space for water if there is no reinforcement pillar in the reservoir. .
  • the fuel supply unit 1020 supplies natural gas, methanol, ethanol, coal gas, and the like to the reforming unit 1050.
  • the fuel stored in the fuel supply unit 1020 is supplied to the reforming unit 1050 by fuel supply means (not shown) connected to the fuel supply unit 1020.
  • the fuel supply means is a pneumatic pump, and various pumps may be used including a diaphragm pump and a motor pump.
  • the air supply unit 1030 is connected to the electricity generation unit 1060 to supply a gas containing oxygen to the electricity generation unit 1060.
  • the air supply unit 1030 is preferably formed of an air compressor for supplying air containing oxygen, and supplies air at a predetermined supply pressure. Accordingly, the air supply unit 1030 supplies oxygen to the cathode electrode of the electricity generator 1060 to allow the electrochemical reaction to proceed in the electricity generator 1060.
  • the cooling unit 1040 cools the heat generated by the electricity generating unit 1060.
  • the water warmed while cooling the heat generated from the electricity generating unit 1060 may be supplied to the heating pipe 1082 or the hot water pipe 1086 of the building or home through the heat utilization hot water pipe 1080 or the like.
  • the cooling water supply part 1042 supplies cooling water to the cooling part 1040, and uses water of a reservoir tank for this purpose.
  • the reforming unit 1050 reforms a fuel including hydrogen to generate a hydrogen gas mainly containing hydrogen and supply the hydrogen gas to the electricity generating unit 1060.
  • the reforming unit 1050 may be classified into a steam reforming method, a natural reforming method, and a partial oxidation method according to the reforming method.
  • the partial oxidation method and the natural reforming method have excellent response characteristics due to initial start-up and load variation, while the steam reforming method has an advantage in terms of hydrogen production efficiency.
  • a reformed gas mainly composed of hydrogen, that is, a hydrogen gas is obtained by chemical reaction between fuel and steam, that is, chemical catalytic reaction by thermal energy.
  • the steam reforming method requires a large amount of thermal energy from the outside to perform the chemical catalytic reaction by thermal energy, but the reformed gas supply is stable and relatively high concentration of hydrogen can be obtained.
  • the reformed gas generated by the reforming unit 1050 may include water vapor, trace amounts of carbon monoxide, carbon dioxide, and methane gas together with hydrogen gas as a main component.
  • water vapor is separated through a separate gas-liquid separator (not shown), and only hydrogen gas is supplied to the electricity generator 1060.
  • carbon monoxide poisons the platinum catalyst used in the electrode of the electricity generating unit 1060 to decrease the performance of the power production apparatus, carbon monoxide is removed using a separate carbon monoxide removal unit (not shown).
  • the electricity generation unit 1060 generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen supplied from the outside.
  • the electricity generation unit is formed to include a fuel cell stack in which a plurality of unit cells composed of a membrane electrode assembly and a bipolar plate disposed on both sides of the membrane electrode assembly are stacked.
  • the fuel cell stack structure may be spiral or cylindrical when placed in a cylinder.
  • the membrane-electrode assembly is formed by stacking an electrolyte membrane between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (air electrode).
  • the anode electrode and the cathode electrode are provided with a fuel diffusion layer for supplying and diffusing fuel, a catalyst layer in which oxidation / reduction reaction of the fuel occurs, and an electrode support.
  • the anode electrode separates electrons and hydrogen ions from the fuel supplied, and the electrolyte membrane moves the hydrogen ions to the cathode electrode.
  • the cathode electrode generates water by reacting hydrogen and oxygen with electrons supplied from the anode electrode. Therefore, the electricity generating unit 1060 generates electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
  • the DC power source 1070 generated by the electricity generator 1060 is charged in the external rechargeable battery 916 through the inverter 1072.
  • the power generation apparatus uses the water of the reservoir as well as the electricity production to cool the electricity generation unit 1060 and at this time, the heated water may be used as hot water or heating water in a building or a home to maximize efficiency according to power generation. It can be up to 80%.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a case where a plurality of power generation devices of FIG. 10 are provided.
  • Each fuel cell capsule includes a cooling unit 1040, a reforming unit 1050, an electricity generating unit 1060, a DC power source 1070, and an inverter 1072 shown in FIG. 10.
  • Each fuel cell capsule 1010 is supplied with fuel from the fuel supply unit 1020 through a fuel inlet pipe 1110.
  • each cooling unit 1040 is connected to the heat utilization hot water pipe 1080 to supply the heated water to the building or home.
  • the power of each inverter 1072 is connected to the rechargeable battery 916 through the power line 1030. Meanwhile, the rechargeable battery 916 may be further supplied with electric power generated by wind or solar cells (not shown) as well as electric power of each inverter 1072.
  • FIG. 12 is a view schematically illustrating an apparatus for producing power for a reservoir according to another embodiment of the present invention.
  • a power storage device for underground reservoirs using a fuel cell includes a reservoir 1010, a power supply 1210, an air supply 1030, a stack water supply 1220, and a hydrogen generating stack 1230. ), The hydrogen storage unit 1240 and the electricity generating unit 1060.
  • the power supply unit 1210 is to supply electricity to the hydrogen generating stack unit 1230 and may include a rechargeable battery (not shown).
  • the power charged in the rechargeable battery may be power generated by wind or solar cells (not shown).
  • the stack water supply unit 1220 supplies water to the hydrogen generating stack unit 1230 and may include a filter for filtering water in the reservoir tank.
  • the hydrogen generation stack unit 1230 generates hydrogen using water supplied from the stack water supply unit 1220 and electricity supplied from the power supply unit 1210. Hydrogen generated in the hydrogen generation stack unit 1230 is stored in the hydrogen storage unit 1240.
  • the electricity generation unit 1060 generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen supplied from the outside. More specifically, the electricity generation unit is formed to include a fuel cell stack formed by stacking a plurality of unit cells including a membrane electrode assembly and a bipolar plate disposed on both sides of the membrane electrode assembly.
  • the membrane-electrode assembly is formed by stacking an electrolyte membrane between an anode electrode (hydrogen electrode) and a cathode electrode (oxygen electrode).
  • the anode electrode separates electrons and hydrogen ions from the supplied hydrogen, and the electrolyte membrane moves the hydrogen ions to the cathode electrode.
  • the cathode electrode generates water by reacting hydrogen and oxygen with electrons supplied from the anode electrode. Therefore, the electricity generating unit 1060 generates electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
  • the rainwater reservoir constructed by the reservoir structure having the above-described configuration it is not necessary to install any structure on the ground as it is installed underground, and it can store rainwater discharged to the sea and recycle the stored water. Useful for futuristic cities. In particular, since power can be generated by the infinite water that has been discarded, it is possible to produce environment-friendly and infinite energy.
  • the present invention is applicable to a reservoir power production apparatus capable of producing electric power in a reservoir structure for storing rainwater and the like, and a reservoir structure system for storage tank having a vertical power generation and a horizontal twisting strength and having a power generation device. .

Abstract

본 발명은, 저수조용 전력 생산 장치와 저수조용 저류 구조체 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 저수조용 전력 생산 장치는 우수 또는 용수를 지하에 저류하기 위한 저수조와, 저수조의 내부에 저류된 물을 이용하여 전기를 생성하는 전기 발생부와, 전기 발생부의 전기 생성시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각부와, 냉각부에 저수조에 저류된 물을 공급하기 위한 냉각용수 공급부를 포함함으로써, 저수조의 지하 유용 공간을 이용하여 분산형 발전 시설을 확보할 수 있다.

Description

저수조용 전력 생산 장치 및 저수조용 저류 구조체 시스템
본 발명은 전력 생산 장치 및 저수조용 저류 구조체 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 우수 등을 저류하는 저수조용 저류 구조체에서 전력을 생산할 수 있는 저수조용 전력 생산 장치와, 수직 강도 및 수평 방향 뒤틀림 강도가 보강되고 전력 생성 장치를 구비한 저수조용 저류 구조체 시스템에 관한 것이다.
종래의 신 재생 또는 발전 장치는 연료형, 태양열 또는 풍력 설비 등으로 주로 지상에 설치되었다. 따라서 설치 장소의 문제점으로 인해 도시형 발전 장치로 활성화되기에는 많은 어려움이 있다. 이에 발명자들은 최근에 물을 이용하여 전기를 생성하는 전기 생산 장치를 도시형 발전 장치로 사용하는 방법을 검토하였다.
하수도는 일반적으로 여러 곳에서 배출된 가정 오수, 공장 폐수, 빗물 및 지하수 등을 모아서 처리하기 위해 설치되는 도관, 기타의 공작물과 시설을 총칭한다. 이러한 하수도에 최근에는 폭우가 집중적으로는 내리는 경우, 빗물 등에 의한 수해를 방지하고 일시적으로 하천이 넘치는 것을 예방하기 위해 지하에 물을 저수하는 저수 시설이 사용되고 있다.
이러한 저수 시설의 예가 일본 특허공개 2000-352080호에 개시되어 있다. 일본 특허공개 2000-352080호의 유닛 부재의 예가 도 1에 도시되어 있다. 유닛 부재(A)는 사각 형태의 나타내는 기반부(110)와 이 기반부(110)에서부터 일체로 돌출하여 배치된 통체부(120)를 포함한다. 또한, 유닛 부재(A)는 중심에 대해 대칭적으로 4개의 통체부(120)가 형성되어 있다. 이러한 유닛 부재(A)를 상하로 조립한 경우를 표시한 예가 도 2에 도시되어 있다.
그러나 이러한 유닛 부재(A)만을 이용하여 저수조를 형성하는 경우에는 토사 등의 하중에 의해 저수조가 붕괴하기 쉽고, 또한 전기 생산을 위한 설치 공간을 얻을 수 없다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 우수 등을 저류하는 저수조용 저류 구조체에서 전력을 생산할 수 있는 저수조용 전력 생산 장치와, 수직 강도 및 수평 방향 뒤틀림 강도가 보강되고 전력 생성 장치를 구비한 저수조용 저류 구조체 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 저수조용 전력 생산 장치는, 우수 또는 용수를 지하에 저류하기 위한 저수조와, 상기 저수조의 내부에 저류된 물을 이용하여 전기를 생성하는 전기 발생부와, 상기 전기 발생부의 전기 생성시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각부와, 상기 냉각부에 상기 저수조의 저류된 물을 공급하기 위한 냉각용수 공급부를 제공한다.
저수조용 전력 생산 장치는 상기 저수조에 저류된 물로부터 상기 전기 발생부로 유입되는 물을 필터링하기 위한 필터와, 상기 전기 발생부를 구성하는 스택 모듈과, 상기 필터에 의해 필터링된 물을 이용하여 수소를 생성하여 상기 스택 모듈에 공급하는 촉매 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 촉매 모듈은 촉매가 플레이트 형상으로 이루어져 배치되어 있는 것 또는 촉매로 수소화물 분말과 산성물 분말로 이루어진 혼합 분말을 이용할 수 있다.
저수조용 전력 생산 장치는 수소를 포함한 연료를 공급하는 연료 공급부와,
상기 연료 공급부에서 공급된 연료로부터 수소를 얻어 상기 전기 발생부에 공급하는 개질부를 더 포함할 수 있다.
저수조용 전력 생산 장치는 스택용 물 공급부에서 공급된 물과 전력 공급부에서 공급된 전기를 이용하여 수소를 생성시키는 수소 생성 스택부와, 상기 수소 생성 스택부에서 생성된 수소를 저장하는 수소 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 전기 발생부는 단위 셀이 다수 개로 적층되어 형성되는 연료전지형 스택 구조일 수 있다.
상기 연료 전지형 스택 구조는 원통 내에 배치되는 경우 나선형 또는 원기둥형일 수 있다.
상기 냉각부에서 데워진 물을 가정 또는 빌딩의 온수관 또는 난방관으로 보내기 위한 열 활용 온수관를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 저수조용 저류 구조체 시스템은, 저수조의 바닥 지면에 배치되는 제1 기반부와 상기 제1 기반부에 일체로 형성되어 수직으로 세워진 제1 통체부를 구비한 제1 유닛 부재와, 상기 저수조의 천장에 배치되어 토사로 덮여지는 제2 기반부와 상기 제2 기반부에 수직으로 돌출하여 세워진 제2 통체부를 구비한 제2 유닛 부재와, 상기 제1 유닛 부재와 상기 제2 유닛 부재의 상하 조립에 의해 형성된 상기 통체부들의 내부에 수직 강도를 보강하기 위해 마련된 보강 기둥과, 및 상기 보강 기둥의 내부에 공급된 물을 이용하여 전력을 생산하는 전력 생산 장치를 제공함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다.
상기 보강 기둥은, 상단 부분 기둥, 적어도 하나 이상의 중간 부분 기둥 및 하단 부분 기둥을 서로 연결된 형태로 이루어질 수 있다.
상기 상단 부분 기둥에는 상기 저수조의 천장을 지탱하는 상단 플레이트가 마련되고, 상기 하단 부분 기둥에는 상기 저수조의 바닥에 지지되는 하단 플레이트가 마련되어 있을 수 있다.
상기 상단 부분 기둥, 상기 중간 부분 기둥 및 상기 하단 부분 기둥은 나사 결합에 의해 연결되고, 상기 중간 부분 기둥은 길이가 조절 가능할 수 있다.
상기 전력 생산 장치는, 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기를 생성하는 전기 발생부와, 상기 전기 발생부의 전기 생성시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각부와, 상기 냉각부에 저수조의 저류된 물을 공급하기 위한 냉각용수 공급부를 포함할 수 있다.
상기 전력 생산 장치는, 상기 보강 기둥의 내부로 유입되는 물을 필터링하기 위한 필터와, 상기 전기 발생부를 포함하는 스택 모듈과, 상기 필터에 의해 필터링된 물을 이용하여 수소를 생성하여 상기 스택 모듈에 공급하는 촉매 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 전력 생산 장치는, 수소를 포함한 연료를 공급하는 연료 공급부와, 상기 연료 공급부에서 공급된 연료로부터 수소를 얻어 상기 전기 발생부에 공급하는 개질부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 생산 장치는, 물 공급부에서 공급된 물과 전력 공급부에서 공급된 전기를 이용하여 수소를 생성시키는 수소 생성 스택부와, 상기 수소 생성 스택부에서 생성된 수소를 저장하는 수소 저장부를 더 포함할 수 있다.
상술한 구성들에 의하여, 본 발명은 상측 하중과 좌우 수평방향의 하중에 견디는 힘을 보강, 대심도의 저수조의 시공이 가능하다.
또한, 본 발명은 도심형 저수조용 전력 발생 장치로 자원의 재활용을 통한 저 탄소 도시 설계를 구현할 수 있다.
도 1은 저수조에 이용된 종래의 유닛 부재의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 유닛 부재를 상하로 조립한 적층 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보강 기둥을 구비한 저수조용 저류 구조체를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 보강 기둥의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 보강 기둥에 플로어 데크가 마련된 예가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저수조용 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저수조용 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 의한 전력 생산에 따른 전극의 배치를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저수조용 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 전력 생산 장치를 복수개 구비하는 경우를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저수조용 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따라 강도가 보강되고 전력 생산 기능을 갖는 저수조용 저류 구조체를 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보강 기둥을 구비한 저수조용 저류 구조체를 도시하는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 보강 기둥의 예를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 보강 기둥에 플로어 데크가 마련된 예가 도시된 도면이다.
도 3의 유닛 부재(A)는 도 1에 도시된 바와 같이, 사각 형태의 나타내는 기반부(110)와 이 기반부(110)에서부터 일체로 돌출하여 배치된 통체부(120)를 포함한다. 최하단의 기반부(110)는 저수조의 바닥 지면에 배치되며, 최상단의 기반부(110)는 저수조의 천장에 배치되어 토사로 덮여진다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 유닛 부재(A)가 상하로 연결되고 통체부(120) 내부에는 유닛 부재(A)들의 수직 강도를 보강하기 위해 보강 기둥(310)이 마련되어 있다. 유닛 부재(A)와 유닛 부재(A)를 연결하는 연결 구조는 통체부(120) 내부에 마련된 보강 기둥(310)에 영향을 미치지 않도록 설계된다.
본 발명에 따른 보강 기둥(310)은 금속제인 것이 바람직하다. 또한 보강 기둥(310)은 저수조 내부에서 하중을 전체로서 받을 수 있도록 연결 부분이 없는 하나의 보강 기둥(310)을 사용하는 것이 바람직하지만, 필요에 따라서는 복수의 보강 기둥(310)을 연결하여 사용할 수도 있다. 또한 보강 기둥(310)은 연결된 통체부(120) 전체에 마련되어 수직 방향의 수직 강도를 보강할 수도 있지만, 연결된 통체부(120) 일부에만 마련될 수도 있다.
도 4에는 도 3에 도시된 보강 기둥(310)의 예로, 복수 개의 부분 기둥이 연결되는 보강 기둥(310)이 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 보강 기둥(310)은 복수 개의 부분 기둥(401, 402, 403), 즉 상단 부분 기둥(401), 적어도 하나 이상의 중간 부분 기둥(402) 및 하단 부분 기둥(403)을 포함한다. 보강 기둥(310)은 복수 개의 부분 기둥(401, 402, 403)이 연결되어 하나의 긴 봉 형태로 구성된다.
이때, 각 부분 기둥(401, 402, 403)의 상측 단부 및 하측 단부에는 암 나사 홈(442) 또는 숫 나사 홈(441)이 각각 형성되어 있어서, 또 다른 부분 기둥과 나사 결합에 의해 연결된다.
한편, 각 부분 기둥(401, 402, 403)의 단부에는 암 나사 홈만 형성되어 있거나 수 나사 홈만 형성되어 있을 수도 있다. 이 경우에는, 수 나사 홈 또는 암 나사 홈이 형성된 링 형태의 조인트 부재(440)를 이용하여 서로 연결할 수도 있다.
이렇게, 부분 기둥들(401, 402, 403)을 나사 결합에 의해 연결함으로써, 보강 기둥(310)의 전체적인 길이를 조절할 수 있다. 이로써, 보강 기둥(310)의 상단 부분 기둥(401)의 상단과 하단 부분 기둥(403)의 하단을 각각 저수조의 천장과 바닥에 밀착시켜 더욱 단단하게 고정시킬 수 있게 된다. 이에 의해, 저수조용 저류 구조체의 수직 방향 강도를 향상시킬 수 있으며, 더불어 수평 방향의 뒤틀림을 방지할 수 있다.
복수 개의 부분 기둥(401, 402, 403)이 연결되어 이루어진 보강 기둥(310)은 내부가 전체로 하나의 공간을 이룰 수 있다. 그러나 도 4에 도시된 바와 같이, 부분 기둥마다 별도의 공간을 이룰 수 있다. 이 경우 이후에 설명되는 바와 같이, 각 부분 기둥(401, 402, 403)의 각각에는 전력 생산을 위한 촉매 모듈(630)과 스택 모듈(640)이 내장될 수 있다. 이때, 각 부분 기둥(401, 402, 403)에는 부분 기둥의 측면을 통해 배선이 인출되도록 구성될 수도 있으나, 도 4에서처럼, 부분 기둥의 상부 및 하부에 배선 단자(443, 444)를 구비하여 2개의 부분 기둥이 나사 결합에 의해 연결될 때, 아래쪽 부분 기둥의 배선 단자들과 위쪽 부분 기둥의 배선 단자들이 서로 전기적으로 연결되게 할 수도 있다. 이에 의해, 보강 기둥(310)은 별도의 배선이 보강 기둥(310)의 외부로 노출되지 않게 되므로 작업의 편의성 및 내구성이 향상될 수 있다.
한편, 각 보강 기둥(310)이 나사 결합될 때, 저수조의 물이 나사 결합을 통해 배선 단자에 도달하지 못하도록, 나사 결합 부위에는 고무 패킹과 같은 적절한 방수 밀폐 수단이 적용될 수 있다.
또한, 각 부분 기둥의 나사 홈은 보강 기둥(310)의 전체적인 수직 및 수평 방향으로의 강도를 향상시키기 위하여, 금속으로 형성되고, 더욱이 열처리를 수행하는 것이 바람직하다.
한편, 보강 기둥(310)은, 저수조의 물과 항시 접촉하고 있으므로, 물에 의한 산화를 방지하기 위해, 스테인리스나 플라스틱 수지와 같은 내산화성 재질로 제작되거나, 산화 방지제가 코팅될 수 있다.
또한, 보강 기둥(310)의 상단 부분 기둥(401)과 하단 부분 기둥(403)에는 저류 구조체를 천장과 및 바닥에 확실하게 고정할 수 있도록 받침용 플레이트를 구비할 수 있다, 이러한 예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 보강 기둥(310)의 상단 부분 기둥(401)에는 상단 받침용 플레이트(510)가 마련되어 있고, 보강 기둥(310)의 하단 부분 기둥(403)에는 하단 받침용 플레이트(530)가 마련되어 있다. 보강 기둥(310)의 이들 상단 받침용 플레이트(510)와 하단 받침용 플레이트(530)는 접시 모양으로 이루어질 수 있다. 또한 보강 기둥(310)의 중간 부분 기둥(402)은 보강 기둥(310)의 전체 길이를 맞추기 위해 길이가 다를 수 있다.
또한, 상단 받침용 플레이트(510)에는 상단 플로어 데크 연결부를 통해 상단 플로어 데크(520)가 마련될 수 있고, 동일하게 하단 받침용 플레이트(530)에는 하단 플로어 데크 연결부를 통해 하단 플로어 데크(540)가 마련될 수 있다. 이에 의해 보강 기둥의 수직 방향의 힘이 분산될 수 있다.
본 발명의 이러한 보강 기둥(310)의 내부에는 물을 이용하여 전력을 생산하는 전력 생산 장치가 삽입된다. 이로써, 단순히 물을 저류하는 저수조의 공간을 이용하여 전력을 생산할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 저수조용 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
상술한 바와 같이, 보강 기둥(310)은 내부가 비어 있는 관 형태로 구성될 수 있다. 관 형태의 보강 기둥(310)의 상단 및 하단이 폐쇄되어 있다. 도 6에는 도시되어 있지 않지만, 보강 기둥(310)이 물에 대하여 완전히 밀폐될 수 없는 경우에는 보강 기둥 내부에 별도의 캡슐을 더 마련될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 보강 기둥(310)의 내부에는 촉매 모듈(630)과 스택 모듈(640)이 마련되어 있으며, 아울러 저수조에 저류된 물을 정제된 물로 필터링하기 위한 필터(610)와, 필터(610)에 의해 필터링된 물의 양을 조절하기 위한 디스펜서(620)가 마련되어 있다.
촉매 모듈(630)에는 물을 이용하여 수소를 발생시키기 위한 촉매가 마련되어 있다. 이 촉매는 플레이트 형상으로 이루어져 배치될 수 있으며, 또한 분말 형태(632)로 이루어질 수 있다. 분말 형태의 촉매로는 수소화물 분말과 산성물 분말로 이루어진 혼합 분말이 이용될 수 있다.
디스펜서(620)에 의해 공급량이 조절된 물이 촉매 모듈(630)로 공급되면, 촉매에 의해 수소가 발생한다. 촉매 모듈(630)에서 발생한 수소는 연결된 공급관을 통해 스택 모듈(640)에 제공된다.
스택 모듈(640)에는 연료 전지 셀이 구비되어 있다. 연료 전지 셀로는 고체 고분자형 연료 전지가 사용된다. 이 고체 고분자형 연료 전지에는, 예를 들면 슬폰산기 또는 인산기를 갖는 고분자 전해질 막을 삽입하여 연료 극(642)과 산소 극(644)이 배치된다. 이들 극(642, 644)에 연료(수소)나 산소를 공급하면, 연료 극(부극)(642)에서 발생한 수소 이온(양성자)이 고분자 전해질 막을 통과하여 산소 극(정극)(644)에 도달하고, 이 산소 극(644)의 촉매 상에서 수소 이온과 산소가 반응하여 물이 발생하는 산화 환원 반응을 일으키면서 전기를 얻게 된다.
도 6에서는 스택 모듈(640)이 보강 기둥(310)의 하부에 배치되어 있으나, 촉매 모듈(630)이 보강 기둥(310)의 하부에 배치되고, 촉매 모듈(630) 위에 스택 모듈(640)이 배치될 수도 있다.
도 7은 본 발명에 다른 실시예에 따른 저수조용 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 보강 기둥(310)의 내부에는 촉매 모듈(730), 스택 모듈(740), 직류 변환기(750) 및 직류 안정기(760)가 마련되어 있으며, 아울러 저수조에 저류된 물을 정제된 물로 필터링하기 위한 필터(610)와, 필터(610)에 의해 필터링된 물의 양을 조절하기 위한 디스펜서(620)가 마련되어 있다.
촉매 모듈(730)에는 물을 이용하여 수소를 발생시키기 위한 촉매가 마련되어 있다. 이 촉매는 플레이트 형상(732)으로 이루어져 배치될 수 있으며, 또한 분말 형태로 이루어질 수 있다. 분말 형태의 촉매로는 수소화물 분말과 산성물 분말로 이루어진 혼합 분말이 이용될 수 있다.
디스펜서(620)에 의해 공급량이 조절된 물이 촉매 모듈(730)로 공급되면, 촉매에 의해 수소 등이 발생한다. 촉매 모듈(730)에서 발생한 수소 등은 연결된 공급관을 통해 스택 모듈(740)에 제공된다.
스택 모듈(740)은 촉매에서 발생한 수소 등을 이용하여 산화 환원 반응을 일으키게 되고 이온 또는 전하가 전극(742)에 공급된다.
스택 모듈(740)의 전극(742)에서 생성된 이온 또는 전하는 직류 변환기(750)에 공급되고, 직류 변환기(750)는 이온 또는 전하를 이용하여 소정의 전압 또는 전류를 갖는 직류 전력으로 변환한다. 직류 변환기(750)에서 변환된 직류 전력은 직류 안정기(760)로 공급되고, 직류 안정기(760)는 직류 변환기(750)에서 변환된 직류 전력을 더욱더 안정된 전력으로 조정한다.
도 8은 도 6 및 도 7에 의한 전력 생산에 따른 전극의 배치를 도시하는 도면이다.
보강 기둥(310)마다 제1 전극과 제2 전극이 배치된 구성이 도 8(a)에 도시되어 있다. 즉, 저수조에는 복수의 보강 기둥(310A, 310B, 310C)이 배치될 수 있으며, 각 보강 기둥(310)에는 각각 제1 전극(810A, 810B, 810C)과 제2 전극(820A, 820B, 820C)이 마련되어 있다. 이러한 보강 기둥(310)은 그 하나가 자체로서 전력을 생산하여 출력할 수 있다. 각 보강 기둥(310A, 310B, 310C)에서 출력하는 전력은 직렬 또는 병렬로 연결되어 충전 모듈(910)에 제공될 수 있다.
한편, 보강 기둥(310)마다 하나의 전극만이 배치될 수 있는데, 이러한 구조가 8(b)에 도시되어 있다. 즉, 예를 들면, 보강 기둥(310-1)에는 제1 전극(830-A)이 마련될 수 있으며, 보강 기둥(310-2)에는 제2 전극(830-B)이 마련될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 저수조 내에 제1 전극(830-A이 마련된 보강 기둥(310-1)을 복수 개 구비하고, 제2 전극(830-B)이 마련된 보강 기둥(310-2)을 복수 개 배치함으로써, 각각에서 출력하는 전력을 충전 모듈(910)에 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 전력 생산 장치는, 보강 기둥(310)의 내부에 배치된 촉매 모듈(630) 및 스택 모듈(640) 등과, 보강 기둥(310)의 외부에 배치된 충전 모듈(910) 및 변환 모듈(920)을 포함한다.
보강 기둥(310)의 내부에서 생산된 전력은 충전 모듈(910)로 공급되는데, 충전 모듈(910)은, 충전 제어기(912)와, DC 필터(914)와, 충전지(916)를 포함한다.
충전 제어기(912)는, 충전지(916)에 대한 충전을 스위칭한다. 즉, 저수조에 우수가 충분히 저류되지 않으면 촉매 모듈(630)의 저장소에 발전용 물이 충분히 유입되지 못하게 되므로, 촉매 모듈(630)에서는 전력을 출력할 수 없다. 이 경우에는, 오히려 충전지(916)에 저장된 전력이 촉매 모듈(630)로 역류할 수 있으므로, 충전 제어기(912)는 이러한 현상을 차단하도록 구현될 수 있다. 즉, 충전 제어기(912)는 촉매 모듈(630)에서 출력되는 전력이 충전지(916)에 저장된 전력보다 높을 경우에만 전력이 촉매 모듈(630)에서 충전지 측으로 흘러갈 수 있도록 제어한다.
DC 필터(914)는, 촉매 모듈(630)에서 출력되는 전력을 충전지(916)의 충전에 적합한 전력으로 조정한다. 충전지(916)는, 일정 전압의 전력을 외부로 출력할 수 있도록 구성된 전하 저장 수단일 수 있다.
충전지(916)에 충전된 에너지는 변환 모듈(920)로 공급되는데, 변환 모듈(920)은, A/C 변환기(922)와, 빌딩용 전원 박스(924)를 포함한다. 이에 의해 충전지에 충전된 에너지는 A/C 변환기(922)에 공급되어 교류 전압으로 변환되고, 빌딩용 전원 박스(924)를 통해 부하(930)에 전력을 공급된다.
한편, 도 9에서는 충전 모듈(910)의 충전 제어기(912), DC 필터(914) 및 충전지(916)를 촉매 모듈(630)의 외부에, 즉, 보강 기둥(310)의 외부에 배치하는 것으로 도시하여 설명하였으나, 이들 구성들이 모두 보강 기둥(310) 내에 삽입되는 구성도 고려할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 저수조용 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 저수조용 전력 생산 장치는 연료 전지 캡슐(1010), 연료 공급부(1020), 공기 공급부(1030), 냉각부(1040), 냉각용수 공급부(1042), 개질부(1050), 전기 발생부(1060), 직류 전원(1070) 및 인버터(1072)를 포함한다.
도 10에 도시된 연료 접지 캡슐(1010)은 상술한 바와 같이 보강 기둥(310)의 내부에 마련될 수도 있으나, 저수조에 보강 기둥이 없는 경우에는 그 자체로 물에 대한 밀폐 공간으로 제공될 수 있다.
연료 공급부(1020)는 천연가스, 메탄올, 에탄올 및 석탄 가스 등을 개질부(1050)에 공급한다. 연료 공급부(1020)에 저장되어 있는 연료는 연료 공급부(1020)에 연결되어 있는 연료 공급 수단(미도시됨)에 의해 개질부(1050)로 공급된다. 연료 공급 수단은 공압 펌프로, 다이아프램 펌프, 모터 펌프를 포함하는 다양한 펌프가 사용될 수 있다.
공기 공급부(1030)는 전기 발생부(1060)에 연결되어 전기 발생부(1060)에 산소를 함유한 기체를 공급한다. 공기 공급부(1030)는 바람직하게는 산소를 포함하는 공기를 공급하는 에어 컴프레서로 형성되며, 소정 공급 압력으로 공기를 공급하게 된다. 따라서 공기 공급부(1030)는 전기 발생부(1060)의 캐소드 전극으로 산소를 공급하여 전기 발생부(1060)에서 전기 화학 반응이 진행되게 한다.
냉각부(1040)는 전기 발생부(1060)에서 발생하는 열을 냉각시킨다. 전기 발생부(1060)에서 발생한 열을 냉각시키면서 데워진 물은 열 활용 온수관(1080) 등을 통해 빌딩 또는 가정의 난방관(1082) 또는 온수관(1086)에 공급될 수 있다. 냉각용수 공급부(1042)는 냉각부(1040)에 냉각용 물을 공급하며, 이를 위해 저수조의 물을 이용한다.
개질부(1050)는 수소를 포함하는 연료를 개질하여 수소를 주성분으로 하는 수소 가스를 생성하여 전기 발생부(1060)에 공급한다. 개질부(1050)는 개질 방식에 따라 수증기 개질 방식, 자연 개질 방식, 부분 산화 방식으로 분류될 수 있다. 부분 산화 방식과 자연 개질 방식은 초기 시동 및 부하 변동에 따른 응답 특성이 우수한 반면에, 수증기 개질 방식은 수소 생산 효율 측면에서 우수하다는 장점이 있다. 수증기 개질 방식은 연료와 수증기의 화학 반응, 즉 열에너지에 의한 화학 촉매 반응에 의해서 수소를 주성분으로 하는 개질 가스, 즉 수소 가스를 얻는다. 수증기 개질 방식은 열에너지에 의한 화학 촉매 반응을 수행하기 위해 외부로부터 많은 양의 열 에너지를 필요로하지만, 개질 가스 공급이 안정적이고 상대적으로 고농도의 수소를 얻을 수 있다.
개질부(1050)에서 생성되는 개질 가스는 주성분인 수소 가스와 함께 수증기, 미량의 일산화탄소, 이산화탄소 및 메탄가스가 포함될 수 있다. 여기서 수증기는 별도의 기액분리기(미도시됨)을 통해 분리되고 수소 가스만이 전기 발생부(1060)로 공급된다. 또한 일산화탄소는 전기 발생부(1060)의 전극에 사용되는 백금 촉매를 피독시켜 전력 생산 장치의 성능을 저하시키므로 별도의 일산화탄소 제거 수단(미도시됨)을 사용하여 제거하게 된다.
전기 발생부(1060)는 외부로부터 공급되는 수소와 산소의 전기 화학 반응에 의해 전기를 생성한다. 보다 상세하게는 전기 발생부는 막-전극 어셈블리와 막-전극 어셈블리의 양측에 배치된 바이폴라 플레이드로 구성되는 단위 셀이 다수개로 적층되어 형성되는 연료 전지형 스택을 포함하여 형성된다. 연료 전지형 스택 구조는 원통 내에 배치되는 경우 나선형 또는 원기둥형일 수 있다.
막-전극 어셈블리는 애노드 전극(연료극)과 캐소드 전극(공기극) 사이에 전해질 막이 적층되어 형성된다. 애노드 전극과 캐소드 전극은 연료의 공급 및 확산을 위한 연료 확산층과 연료의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층, 그리고 전극 지지체를 구비하여 이루어진다. 애노드 전극은 공급되는 연료로부터 전자와 수소 이온을 분리시키며, 전해질 막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키게 된다. 캐소드 전극은 애노드 전극으로부터 공급된 전자와 수소 및 산소를 반응시켜 물을 생성하게 된다. 따라서 전기 발생부(1060)는 수소와 산소의 전기 화학적 반응을 통해 전기 에너지를 생성한다.
전기 발생부(1060)에서 생성된 직류 전원(1070)은 인버터(1072)를 통해 외부 충전지(916)에 충전된다.
도 10에 따른 전력 생산 장치는 전기 생산뿐만 아니라 저수조의 물을 이용하여 전기 발생부(1060)를 냉각시키고 이때 데워진 물을 빌딩 또는 가정의 온수 또는 난방수로 이용할 수 있어 전력 생산에 따른 효율을 최대 80%까지 올릴 수 있다.
도 11은 도 10의 전력 생산 장치를 복수개 구비하는 경우를 도시한 도면이다.
각 연료 전지 캡슐에는 도 10에 도시된 냉각부(1040), 개질부(1050), 전기 발생부(1060), 직류 전원(1070) 및 인버터(1072)가 포함되어 있다. 각 연료 전지 캡슐(1010)에는 연료 공급부(1020)로부터 연료 유입관(1110)을 통해 연료가 공급된다. 또한 각 냉각부(1040)에는 열 활용 온수관(1080)이 연결되어 있어 데워진 물을 빌딩 또는 가정에 공급한다. 또한 각 인버터(1072)의 전력은 전력선(1030)을 통해 충전지(916)에 연결된다. 한편 충전지(916)에는 각 인버터(1072)의 전력뿐만 아니라 풍력 또는 태양전지(미도시됨)에 의해 생성된 전력이 더 공급되어 충전될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저수조용 전력 생산 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 연료 전지를 이용한 지하 저수조용 전력 생산 장치는 저수조(1010), 전력 공급부(1210), 공기 공급부(1030), 스택용 물 공급부(1220), 수소 생성 스택부(1230), 수소 저장부(1240) 및 전기 발생부(1060)를 포함한다.
전력 공급부(1210)는 수소 생성 스택부(1230)에 전기를 공급하기 위한 것으로, 충전용 배터리(미도시됨)를 구비할 수 있다. 충전용 배터리에 충전되는 전력은 풍력 또는 태양전지(미도시됨)에 의해 생성된 전력일 수 있다. 스택용 물 공급부(1220)는 수소 생성 스택부(1230)에 물을 공급하기 위한 것으로 저수조의 물을 필터링하기 위한 필터를 구비할 수 있다.
수소 생성 스택부(1230)는 스택용 물 공급부(1220)에서 공급된 물과 전력 공급부(1210)에서 공급된 전기를 이용하여 수소를 생성한다. 수소 생성 스택부(1230)에서 생성된 수소는 수소 저장부(1240)에 저장된다.
전기 발생부(1060)는 외부로부터 공급되는 수소와 산소의 전기 화학 반응에 의해 전기를 생성한다. 보다 상세하게는 전기 발생부는 막-전극 어셈블리와 막-전극 어셈블리의 양측에 배치된 바이폴라 플레이드로 구성되는 단위 셀이 다수개로 적층되어 형성되는 연료전지형 스택을 포함하여 형성된다. 막-전극 어셈블리는 애노드 전극(수소극)과 캐소드 전극(산소극) 사이에 전해질 막이 적층되어 형성된다. 애노드 전극은 공급되는 수소로부터 전자와 수소 이온을 분리시키며, 전해질 막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키게 된다. 캐소드 전극은 애노드 전극으로부터 공급된 전자와 수소 및 산소를 반응시켜 물을 생성하게 된다. 따라서 전기 발생부(1060)는 수소와 산소의 전기 화학적 반응을 통해 전기 에너지를 생성한다.
상술한 구성들로 이루어진 저수조용 저류 구조체에 의해 시공된 우수 저수조에 의하면, 지하에 설치함에 따라 지상에 어떠한 구조물을 설치할 필요가 없고, 바다로 방류되던 우수를 저류하고 저류된 물을 재활용할 수 있으므로 미래형 도시에 유용하다. 특히, 버려지던 무한정한 물에 의해 발전을 행할 수 있으므로, 친환경적이며 무한한 에너지를 생산할 수 있다.
홍수 방재와 물의 재이용을 위한 도심형 분산 저수조에 있어서 저수조의 지하 유용 공간을 이용한 연료 전지의 지하 설치로 도심 공간 활용 효율 확보와 분산형 발전 시설 확보, 저수조 물을 이용하여 온수 또는 난방수를 공급할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 우수 등을 저류하는 저수조용 저류 구조체에서 전력을 생산할 수 있는 저수조용 전력 생산 장치와, 수직 강도 및 수평 방향 뒤틀림 강도가 보강되고 전력 생성 장치를 구비한 저수조용 저류 구조체 시스템에 이용 가능하다.

Claims (17)

  1. 우수 또는 용수를 지하에 저류하기 위한 저수조와,
    상기 저수조의 내부에 저류된 물을 이용하여 전기를 생성하는 전기 발생부와,
    상기 전기 발생부의 전기 생성시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각부와,
    상기 냉각부에 상기 저수조의 저류된 물을 공급하기 위한 냉각용수 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 전력 생산 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저수조에 저류된 물로부터 상기 전기 발생부로 유입되는 물을 필터링하기 위한 필터와,
    상기 전기 발생부를 구성하는 스택 모듈과,
    상기 필터에 의해 필터링된 물을 이용하여 수소를 생성하여 상기 스택 모듈에 공급하는 촉매 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 전력 생산 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 촉매 모듈은 촉매가 플레이트 형상으로 이루어져 배치되어 있는 것 또는 촉매로 수소화물 분말과 산성물 분말로 이루어진 혼합 분말을 이용하는 것을 특징으로 하는 저수조용 전력 생산 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    수소를 포함한 연료를 공급하는 연료 공급부와,
    상기 연료 공급부에서 공급된 연료로부터 수소를 얻어 상기 전기 발생부에 공급하는 개질부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 전력 생산 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    스택용 물 공급부에서 공급된 물과 전력 공급부에서 공급된 전기를 이용하여 수소를 생성시키는 수소 생성 스택부와,
    상기 수소 생성 스택부에서 생성된 수소를 저장하는 수소 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 전력 생산 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기 발생부는 단위 셀이 다수 개로 적층되어 형성되는 연료전지형 스택 구조인 것을 특징으로 하는 저수조용 전력 생산 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연료 전지형 스택 구조는 원통 내에 배치되는 경우 나선형 또는 원기둥형인 것을 특징으로 하는 저수조용 전력 생산 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부에서 데워진 물을 가정 또는 빌딩의 온수관 또는 난방관으로 보내기 위한 열 활용 온수관를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 전력 생산 장치.
  9. 강도가 보강되고 전력 생산 기능을 갖는 저수조용 저류 구조체 시스템으로서,
    저수조의 바닥 지면에 배치되는 제1 기반부와 상기 제1 기반부에 일체로 형성되어 수직으로 세워진 제1 통체부를 구비한 제1 유닛 부재와,
    상기 저수조의 천장에 배치되어 토사로 덮여지는 제2 기반부와 상기 제2 기반부에 수직으로 돌출하여 세워진 제2 통체부를 구비한 제2 유닛 부재와,
    상기 제1 유닛 부재와 상기 제2 유닛 부재의 상하 조립에 의해 형성된 상기 통체부들의 내부에 수직 강도를 보강하기 위해 마련된 보강 기둥과, 및
    상기 보강 기둥의 내부에 공급된 물을 이용하여 전력을 생산하는 전력 생산 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 저류 구조체 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보강 기둥은, 상단 부분 기둥, 적어도 하나 이상의 중간 부분 기둥 및 하단 부분 기둥을 서로 연결된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저수조용 저류 구조체 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상단 부분 기둥에는 상기 저수조의 천장을 지탱하는 상단 플레이트가 마련되고,
    상기 하단 부분 기둥에는 상기 저수조의 바닥에 지지되는 하단 플레이트가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 저수조용 저류 구조체 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 상단 부분 기둥, 상기 중간 부분 기둥 및 상기 하단 부분 기둥은 나사 결합에 의해 연결되고,
    상기 중간 부분 기둥은 길이가 조절 가능한 것을 특징으로 하는 저수조용 저류 구조체 시스템.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 생산 장치는,
    수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기를 생성하는 전기 발생부와,
    상기 전기 발생부의 전기 생성시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각부와,
    상기 냉각부에 저수조의 저류된 물을 공급하기 위한 냉각용수 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 저류 구조체 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전력 생산 장치는,
    상기 보강 기둥의 내부로 유입되는 물을 필터링하기 위한 필터와,
    상기 전기 발생부를 포함하는 스택 모듈과,
    상기 필터에 의해 필터링된 물을 이용하여 수소를 생성하여 상기 스택 모듈에 공급하는 촉매 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 저류 구조체 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전력 생산 장치는,
    수소를 포함한 연료를 공급하는 연료 공급부와,
    상기 연료 공급부에서 공급된 연료로부터 수소를 얻어 상기 전기 발생부에 공급하는 개질부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 저류 구조체 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 전력 생산 장치는,
    물 공급부에서 공급된 물과 전력 공급부에서 공급된 전기를 이용하여 수소를 생성시키는 수소 생성 스택부와,
    상기 수소 생성 스택부에서 생성된 수소를 저장하는 수소 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저수조용 저류 구조체 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전력 공급부의 충전용 배터리에는 풍력 또는 태양전지에 의해 생성된 전력이 충전되는 것을 특징으로 하는 저수저용 저류 구조체 시스템.
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