JP7818133B2 - Method for forming an electric double layer capacitor - Google Patents
Method for forming an electric double layer capacitorInfo
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Description
本発明は、電気を蓄えることができる電気二重層キャパシタの形成方法に関する。 The present invention relates to a method for forming an electric double layer capacitor that can store electricity.
近年、電気伝導性を有したナノポーラスのカーボンをセメントに配合し、水の流動性を用いてナノポーラスのカーボンのネットワークを形成し、コンクリートをキャパシタとして用いるという提案がされている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, it has been proposed to blend electrically conductive nanoporous carbon into cement, use the fluidity of water to form a nanoporous carbon network, and use the concrete as a capacitor (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1では、コンクリートに電気を蓄えてキャパシタとするという提案に留まっており、他の応用や、実際に使用する際の安全対策については提案されていなかった。 However, Patent Document 1 only proposes storing electricity in concrete to create a capacitor, and does not propose any other applications or safety measures for actual use.
そこで、本発明では、土を用いた電気二重層キャパシタの形成方法を提供することを目的とする。 The present invention therefore aims to provide a method for forming an electric double layer capacitor using soil.
請求項1記載の電気二重層キャパシタの形成方法は、イオンが含まれた土にカーボンブラックを含む電気伝導性物質を混合するとともにイオン溶液を添加して伝導部とし、前記伝導部に正極と、負極と、セパレートとを設け、前記カーボンブラックの添加量と、前記伝導部の締固めによる前記土と前記カーボンブラックとの接触状態の調整とにより、前記伝導部の内部抵抗を調整し、前記正極と前記負極との間に電圧を印加し、前記正極に陰イオンを引き寄せ、前記負極に陽イオンを引き寄せている。 The method for forming an electric double layer capacitor according to claim 1 comprises mixing an electrically conductive material containing carbon black with soil containing ions and adding an ionic solution to form a conductive part, providing a positive electrode, a negative electrode, and a separator in the conductive part, adjusting the internal resistance of the conductive part by adjusting the amount of carbon black added and the state of contact between the soil and the carbon black by compacting the conductive part, applying a voltage between the positive electrode and the negative electrode to attract anions to the positive electrode and cations to the negative electrode.
請求項1記載の電気二重層キャパシタの形成方法によれば、電気伝導性物質が混入された土を用いて電気を蓄えることができる。 According to the method for forming an electric double layer capacitor as set forth in claim 1, electricity can be stored using soil mixed with an electrically conductive material.
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について、図1~図10に基づいて詳細に説明する。本第1実施形態は、土に電気伝導性物質を混ぜることにより、伝導性の土を形成し、この伝導性のある土を用いて後述のキャパシタ11を提供することである。なお、本第1実施形態において、電気伝導性物質とは、電子を移動させる電子伝導性と、イオンを移動させるイオン伝導性とを有した物質である。本第1実施形態では、電子伝導性の物質としてカーボンブラックと備長炭との組み合わせを採用し、イオン伝導性物質としては水分を含んだ土2を採用しているがこれに限定されるものではない。
(First embodiment)
The first embodiment will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 10. In this first embodiment, an electrically conductive material is mixed into soil to form conductive soil, and this conductive soil is used to provide a capacitor 11, which will be described later. In this first embodiment, the electrically conductive material is a material that has electronic conductivity, which allows electrons to move, and ionic conductivity, which allows ions to move. In this first embodiment, a combination of carbon black and binchotan charcoal is used as the electronically conductive material, and moist soil 2 is used as the ionic conductive material, but the present invention is not limited to this.
(土の絶縁性を確認する予備実験)
図1は、ガラス容器1に土2を入れ、この土2に2枚の銅板3を挿した状態を示す断面図である。土2は、茨城県つくば市にて採取したものであり、目開きが4.75mmのふるいにかけた後にガラス容器1に入れられたものである。
(Preliminary experiment to confirm the insulating properties of soil)
1 is a cross-sectional view showing a state in which soil 2 is placed in a glass container 1 and two copper plates 3 are inserted into the soil 2. The soil 2 was collected in Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, and was placed in the glass container 1 after being sieved through a sieve with a mesh size of 4.75 mm.
この土2の土質試験を行ったところ、土粒子の密度が2.660g/cm3であり、自然含水比が35.7%であった。また、土2の粒度は、礫分4.5%、砂分39.5%、シルト分42.0%、粘土分14.0%であった。この結果、この土2は、砂質シルトと分類された。 A soil test of this soil 2 revealed that the density of the soil particles was 2.660 g/ cm3 and the natural water content was 35.7%. The particle size of Soil 2 was 4.5% gravel, 39.5% sand, 42.0% silt, and 14.0% clay. Consequently, Soil 2 was classified as sandy silt.
砂質シルトには、電解質物質であるカルシウムイオン(Ca2+)やマグネシウムイオン(Mg2+)が含まれているので、土2を電解質として利用することができる。なお、土2の電解質物質が足りない場合には、カルシウムイオン(Ca2+)、カリウムイオン(K+)、マグネシウムイオン(Mg2+)、ナトリウムイオン(Na+)などのイオン化傾向の高い陽イオンを電解質物質として土2に添加すればよい。 Sandy silt contains electrolyte substances such as calcium ions (Ca 2+ ) and magnesium ions (Mg 2+ ), so soil 2 can be used as an electrolyte. If the electrolyte substances in soil 2 are insufficient, cations with a high tendency to ionize, such as calcium ions (Ca 2+ ), potassium ions (K + ), magnesium ions (Mg 2+ ), and sodium ions (Na + ), can be added to soil 2 as electrolyte substances.
一例を挙げると、セメントはカルシウムイオン(Ca2+)が含まれているので、ソイルセメントとして土2に混合してもよい。 For example, cement contains calcium ions (Ca 2+ ), so it may be mixed with the soil 2 as soil cement.
2枚の銅板3のそれぞれにテスターのテストリードを接触させたところ導通は確認されず非導通状態であった。これにより、土2には導通性が確認されなかった。 When the tester's test leads were touched to each of the two copper plates 3, no continuity was confirmed, resulting in a non-conductive state. As a result, no continuity was confirmed in soil 2.
(土と電気伝導性物質との混合)
前述の土2と、電気伝導性物質とを混合した。電気伝導性物質としては、カーボンブラックと備長炭との組み合わせを採用するが、これに限定されるものではなく、電気伝導性物質として例えば、1種類のカーボン由来の材料(例えば、備長炭あるいは活性炭)を採用するようにしてもよい。カーボンブラックは、カーボンネットワークを形成し、土2と混合することにより土2の内部抵抗を下げて、土2の帯電容量を増やすのに好適な部材である。備長炭は、イオンを吸蔵し、放出するのに好適な材料である。本第1実施形態においては、カーボンブラックとしてアセチレンの熱分解によって製造されるアセチレンブラックを用いた。しかしながら、一次粒子が中空シェル構造を持つ登録商標ケッチェンブラックを用いてもよく、安価に手に入る活性炭を用いてもよい。この場合、マイクロ孔もしくはメソ孔が主体の活性炭を用いるのが好ましい。
(Mixture of soil and electrically conductive material)
The aforementioned soil 2 was mixed with an electrically conductive material. The electrically conductive material used was a combination of carbon black and binchotan charcoal, but this is not limited to this. For example, a single carbon-derived material (e.g., binchotan or activated carbon) may also be used as the electrically conductive material. Carbon black forms a carbon network and, when mixed with soil 2, reduces the internal resistance of soil 2 and increases its charge capacity. Binchotan charcoal is a material suitable for absorbing and releasing ions. In this first embodiment, acetylene black, produced by the thermal decomposition of acetylene, was used as the carbon black. However, Ketjenblack, a registered trademark, whose primary particles have a hollow shell structure, may also be used, as may inexpensively available activated carbon. In this case, activated carbon primarily consisting of micropores or mesopores is preferred.
カーボン由来である備長炭は、砕いたものを用いてもよく、市販されている粉末状の備長炭を用いてもよい。なお、備長炭の代わりに、マクロ孔を有した活性炭を用いるようにしてもよい。 Binchotan charcoal, which is derived from carbon, can be crushed or commercially available powdered binchotan charcoal. It is also possible to use activated carbon with macropores instead of binchotan charcoal.
アセチレンブラックおよび備長炭は疎水性物質であるが、1日程度水につけることにより水とやや親和していく。この場合、水につけた直後は10分から30分程度撹拌するのが好ましい。本第1実施形態では、アセチレンブラックおよび備長炭のそれぞれを水につけてから土2と混合した。これにより、土2とアセチレンブラックと備長炭との親和性が向上する。 Acetylene black and binchotan charcoal are hydrophobic substances, but they become somewhat compatible with water when soaked in water for about a day. In this case, it is preferable to stir them for about 10 to 30 minutes immediately after soaking them in water. In this first embodiment, acetylene black and binchotan charcoal were each soaked in water before being mixed with soil 2. This improves the compatibility between soil 2, acetylene black, and binchotan charcoal.
アセチレンブラックの添加量は、土2の重量比で5%から20%未満としている。アセチレンブラックの添加量が土2の重量比で5%以上あれば、土2中にカーボンのネットワークを形成することができる。アセチレンブラックの添加量を土2の重量比で20%以上にすれば、後述する混合物4の抵抗値はより低減するが、アセチレンブラックの価格および費用対効果を考慮して、本第1実施形態では20%未満としている。 The amount of acetylene black added is between 5% and less than 20% by weight of soil 2. If the amount of acetylene black added is 5% or more by weight of soil 2, a carbon network can be formed within soil 2. If the amount of acetylene black added is 20% or more by weight of soil 2, the resistance value of mixture 4, described below, will be further reduced, but in this first embodiment, the amount is set to less than 20% in consideration of the price and cost-effectiveness of acetylene black.
備長炭の添加量は、土2の重量比で8%以上25%未満としている。備長炭の添加量が土2の重量比で8%以上あれば、後述のキャパシタ11による土2のイオンを利用した充電が可能となる。備長炭の添加量は、土2の重量比で25%以上でも良いが、備長炭の価格および費用対効果を考慮して、本第1実施形態では25%未満としている。 The amount of binchotan charcoal added is 8% or more and less than 25% by weight of soil 2. If the amount of binchotan charcoal added is 8% or more by weight of soil 2, charging using the ions of soil 2 by capacitor 11, described below, becomes possible. The amount of binchotan charcoal added can be 25% or more by weight of soil 2, but in this first embodiment, it is set to less than 25% in consideration of the price and cost-effectiveness of binchotan charcoal.
なお、備長炭の添加量は、土2の性状や、土2に含まれている電解質物質の量や、電解質物質の添加を行うかにより条件は変わってくるので、上記の添加量は1つの目安として利用すればよい。また、備長炭の添加量は、後述のキャパシタ11の性能(帯電量、充電時間など)を考慮するとアセチレンブラックの添加量よりも多いほうが好ましい。また、アセチレンブラックの添加量は、土2に混合した際の内部抵抗(数Ω~10数Ω)を考慮して決めてもよい。 The amount of binchotan charcoal added will vary depending on the properties of soil 2, the amount of electrolyte contained in soil 2, and whether or not electrolyte is added, so the above amount should be used as a guideline. Furthermore, taking into account the performance of capacitor 11 (charge amount, charging time, etc.) described below, it is preferable to add more binchotan charcoal than acetylene black. The amount of acetylene black added may also be determined taking into account the internal resistance (several ohms to tens of ohms) when mixed with soil 2.
本第1実施形態では、土2と、アセチレンブラックと、粉砕した備長炭とを混合機であるミキサーにより数分(1分~2分)程度混合して、混合物4を作成した。 In this first embodiment, soil 2, acetylene black, and crushed binchotan charcoal were mixed in a mixer for several minutes (1 to 2 minutes) to create mixture 4.
(混合物の導電性を確認する実験)
図2は、ガラス容器1に混合物4を入れ、この混合物4に2枚の銅板3を挿した状態を示す断面図である。
(Experiment to confirm the conductivity of the mixture)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a mixture 4 is placed in a glass container 1 and two copper plates 3 are inserted into the mixture 4.
2枚の銅板3のそれぞれにテスターのテストリードを接触させたところ、抵抗値が20~30Ω程度であり、混合物4の導通が確認された。これにより、土2の中でカーボン由来の材料であるカーボンブラックによる電気伝導のネットワークが形成されたことが確認できた。 When the test leads of a tester were contacted with each of the two copper plates 3, the resistance was approximately 20-30 Ω, confirming conductivity of the mixture 4. This confirmed that an electrically conductive network had been formed within the soil 2 using carbon black, a carbon-derived material.
なお、抵抗値に10Ω程度に変動が生じるのは、混合物4の中に気体(空気)が混入して電気伝導物質の接触状態が不安定になるためである。このため、金属製の突き棒を用いて手動により混合物4を締固めて、混合物4の抵抗値を再度測定した。 The reason for the fluctuation of about 10 Ω in the resistance value is that gas (air) was mixed into mixture 4, causing the contact state of the electrically conductive material to become unstable. For this reason, mixture 4 was manually compacted using a metal tamping rod, and the resistance value of mixture 4 was measured again.
手動による締固め後は、混合物4の抵抗値が18~20Ω程度となり、抵抗値が下がるとともに、抵抗値の変動が減少することを確認できた。なお、この抵抗値は、カーボンブラックの添加量を10~15%まで増やしていけば数Ω程度まで低減する。 After manual compaction, the resistance value of Mixture 4 was approximately 18-20 Ω, and it was confirmed that as the resistance value decreased, the fluctuations in the resistance value also decreased. Furthermore, this resistance value could be reduced to a few Ω by increasing the amount of carbon black added to 10-15%.
本第1実施形態では、混合物4が電気伝導性のカーボンネットワークが形成された伝導部であり、この伝導部を用いて土2のイオンを利用した帯電デバイスとしてのキャパシタ11を実現している。 In this first embodiment, the mixture 4 is a conductive portion in which an electrically conductive carbon network is formed, and this conductive portion is used to realize the capacitor 11 as a charging device that utilizes the ions of the soil 2.
(混合物を用いて蓄電を確認する実験)
図3は、充電時のキャパシタ11の様子を示しており、電源8を除いて断面図として図示している。図3に示してあるように、ガラス容器1にセパレータ5を取り付けた後に、混合物4を入れ、この混合物4に正極6と、負極7とを挿入することにより、本第1実施形態のキャパシタ11を形成している。
(Experiment to confirm electricity storage using a mixture)
3 shows the state of capacitor 11 during charging, and is shown as a cross-sectional view excluding power source 8. As shown in Fig. 3, after a separator 5 is attached to glass container 1, mixture 4 is placed therein, and then a positive electrode 6 and a negative electrode 7 are inserted into mixture 4 to form capacitor 11 of the first embodiment.
セパレータ5は、正極6と負極7とが直接接触し短絡することを防ぎつつ、形成されたカーボンネットワークにより、混合物4中のイオンを通過させるものである。本第1実施形態では、セパレータ5の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂を用いることができる。また、セパレータ5は、セルロース由来の不織布および紙(例えば和紙やキッチンペーパー)などを用いることができる。なお、セパレータ5は、絶縁テープによりガラス容器1に固定されている。これに代えて、絶縁物に挟みこませてガラス容器1に設置してもよい。 The separator 5 prevents direct contact between the positive electrode 6 and the negative electrode 7, which could cause a short circuit, while allowing ions in the mixture 4 to pass through through the formed carbon network. In this first embodiment, the separator 5 can be made of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, or a polyester resin such as polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate. Alternatively, the separator 5 can be made of cellulose-derived nonwoven fabric or paper (e.g., Japanese paper or kitchen paper). The separator 5 is fixed to the glass container 1 with insulating tape. Alternatively, the separator 5 may be sandwiched between insulating materials and then placed in the glass container 1.
正極6は、例えば、銅や、アルミニウムや、白金や、炭素材料などの土2に含まれるイオン物質と化学反応が起きにくい材料を用いることができる。本第1実施形態では銅板3を用いた。正極6は、アセチレンブラックにより形成されたカーボンネットワークに接続されている。このカーボンネットワークにつながった備長炭の表面近傍に電気二重層が形成されることにより、正極6では、逆の電荷を持つ陰イオンが引き寄せられることにより充電が行われる。 The positive electrode 6 can be made of a material that does not easily react chemically with the ionic substances contained in the soil 2, such as copper, aluminum, platinum, or a carbon material. In this first embodiment, a copper plate 3 is used. The positive electrode 6 is connected to a carbon network formed from acetylene black. An electric double layer is formed near the surface of the binchotan charcoal connected to this carbon network, which attracts anions with the opposite charge to the positive electrode 6, thereby charging the electrode.
負極7は、例えば、銅や、アルミニウムや、白金や、炭素材料などの土2に含まれるイオン物質と化学反応が起きにくい材料を用いることができる。本第1実施形態では銅板3を用いた。負極7は、アセチレンブラックにより形成されたカーボンネットワークに接続されている。このカーボンネットワークにつながった備長炭の表面近傍に電気二重層が形成されることにより、負極7では、逆の電荷を持つ陽イオンが引き寄せられることにより充電が行われる。 The negative electrode 7 can be made of a material that does not easily react chemically with the ionic substances contained in the soil 2, such as copper, aluminum, platinum, or a carbon material. In this first embodiment, a copper plate 3 is used. The negative electrode 7 is connected to a carbon network formed from acetylene black. An electric double layer is formed near the surface of the binchotan charcoal connected to this carbon network, which attracts cations with the opposite charge to the negative electrode 7, thereby charging the electrode.
電源8は、キャパシタ11を充電する際に用いられるものであり、定電圧電源や、定電流電源などを用いることができる。 The power supply 8 is used to charge the capacitor 11, and can be a constant voltage power supply, a constant current power supply, etc.
配線9は、一端が正極6に接続され、他端が電源8の+出力端子に接続されている。配線10は、一端が負極7に接続され、他端が電源8の-出力端子に接続されている。 One end of wire 9 is connected to the positive electrode 6, and the other end is connected to the + output terminal of the power supply 8. One end of wire 10 is connected to the negative electrode 7, and the other end is connected to the - output terminal of the power supply 8.
本第1実施形態では、電源8として定電圧電源を用いて1Vから3Vの電圧で充電を行った。混合物4の水分量が多い場合には、水素の発生を防ぐために1.2V以下にて充電を行い、混合物4の水分量が少ない場合に、すなわち水素の発生が少ない場合には、3Vにて充電を行った。 In this first embodiment, a constant voltage power supply was used as the power supply 8, and charging was performed at a voltage of 1 V to 3 V. When the water content of the mixture 4 was high, charging was performed at 1.2 V or less to prevent hydrogen generation, and when the water content of the mixture 4 was low, i.e., when little hydrogen was generated, charging was performed at 3 V.
混合物4の状態にもよるが数分もしくは、5分から10分程度充電した後に、配線9と配線10とを不図示の回転モータに接続したところ、不図示の回転モータは回転した。これにより、土2にアセチレンブラックによるカーボンネットワークが形成されるとともに、イオン吸着物質である備長炭によるイオンの吸蔵および放出が行なわれていることを確認することができた。すなわち、混合物4を用いて蓄電することが確認できた。 After charging for several minutes or 5 to 10 minutes (depending on the state of mixture 4), wires 9 and 10 were connected to a rotary motor (not shown), which then rotated. This confirmed that a carbon network was formed in soil 2 using acetylene black, and that ions were being absorbed and released by binchotan charcoal, an ion-absorbing material. In other words, it was confirmed that electricity can be stored using mixture 4.
また、混合物4を前述の重量比で新たに作成するとともに、ナトリウムイオン(Na+)を添加した。具体的には、濃度5%食塩水を数百cc追加した。そして、前述と同じように、1.2Vの電圧で同じ時間(数分もしくは、5分から10分程度)充電した。その後、配線9と配線10とを回転モータに接続したところ、回転モータはナトリウムイオン(Na+)を添加していない混合物4に比べて長く回転した。 Mixture 4 was also prepared anew using the aforementioned weight ratio, and sodium ions (Na + ) were added. Specifically, several hundred cc of 5% saline solution was added. Then, as in the previous example, it was charged at a voltage of 1.2 V for the same period of time (several minutes, or approximately 5 to 10 minutes). After that, when wires 9 and 10 were connected to a rotary motor, the rotary motor rotated longer than Mixture 4, which did not contain sodium ions (Na + ).
このように、キャパシタ11は、陽イオンを追加することにより、帯電量が増加するので、多くの電力を供給することができる。 In this way, by adding positive ions, the charge on capacitor 11 increases, allowing it to supply more power.
また、土木や建築において、土は地盤や基礎としてその役割を果たしてきたが、本第1実施形態によれば、これらに加えて、土が蓄電を行うのに一躍を担うことになり、土を用いた電気二重層キャパシタを実現することができる。 In addition, in civil engineering and construction, soil has played a role as the ground and foundation, but according to this first embodiment, in addition to these, soil also plays a role in storing electricity, making it possible to realize an electric double layer capacitor using soil.
(キャパシタの建設物への適用)
以下、上述のキャパシタ11を建設物に適用する場合につき説明を続ける。ここでは、基礎構造物30に適用するものとする。なお、本第1実施形態では、布基礎40および土間コンクリート60からなる基礎構造物30にキャパシタ11を適用するものとする。
(Application of capacitors to buildings)
The following continues the description of the application of the above-described capacitor 11 to a building. Here, it is assumed that the capacitor 11 is applied to a foundation 30. In the first embodiment, the capacitor 11 is applied to the foundation 30 that is made up of a continuous footing 40 and a concrete slab 60.
詳細は後述するものの、基礎構造物30は、布基礎40と、スラブ50と、埋戻し材としての混合物4と、土間コンクリート60とを備える。
図4は、布基礎40にキャパシタ11の構成の一部であるセパレータ5と正極6と負極7とを配置した様子を示す図である。なお、実際の建設現場では、図のX軸方向および紙面垂直方向に沿って複数の布基礎40が形成されて基礎構造物30を形成している。このため、キャパシタ11は複数箇所に設置することができる。
Although details will be described later, the foundation structure 30 comprises a continuous footing 40, a slab 50, a mixture 4 as backfill material, and a concrete floor 60.
4 is a diagram showing a state in which a separator 5, a positive electrode 6, and a negative electrode 7, which are part of the configuration of a capacitor 11, are arranged on a continuous footing 40. Note that at an actual construction site, a plurality of continuous footings 40 are formed along the X-axis direction and the direction perpendicular to the paper surface in the figure to form a foundation structure 30. Therefore, capacitors 11 can be installed in multiple locations.
布基礎40は、鉄筋が配筋されたコンクリート製であり、その上面にせん断補強筋41と、紙面垂直方向に沿って延びる主筋42とが形成されている。布基礎40の内面40aは、ガラス容器1の内面に対応する部材になるので、絶縁性を確保するために絶縁剤が塗布または噴霧されている。絶縁剤としては、例えば、アルキルアルコキシシラン系の絶縁剤や、シランシロキサン系の絶縁剤を用いることができるが、これに限定されるものではない。 The continuous footing 40 is made of concrete with reinforcing bars, and its upper surface is formed with shear reinforcement bars 41 and main reinforcement bars 42 extending perpendicular to the plane of the paper. The inner surface 40a of the continuous footing 40 corresponds to the inner surface of the glass container 1, and is therefore coated or sprayed with an insulating agent to ensure insulation. Examples of insulating agents that can be used include, but are not limited to, alkylalkoxysilane-based insulating agents and silanesiloxane-based insulating agents.
スラブ50は、コンクリート製であり、布基礎40で囲まれた空間の地面45に設けられ、紙面垂直方向に沿って延びる部材である。本第1実施形態でスラブ50は、キャパシタ11を構成する要素を保持もしくは収容するものである。また、スラブ50の上面50aは、ガラス容器1の底面に対応する部材になり、絶縁性を確保するために絶縁剤が塗布または噴霧されている。絶縁剤としては、例えば、アルキルアルコキシシラン系の絶縁剤や、シランシロキサン系の絶縁剤を用いることができるが、これに限定されるものではない。上述のように本第1実施形態では、布基礎40の対向する内面40aと、スラブ50の上面50aとにより絶縁性の容器を形成している。 The slab 50 is made of concrete and is installed on the ground 45 in the space surrounded by the continuous footing 40, extending perpendicular to the plane of the page. In this first embodiment, the slab 50 holds or houses the elements that make up the capacitor 11. The upper surface 50a of the slab 50 corresponds to the bottom surface of the glass container 1, and is coated or sprayed with an insulating agent to ensure insulation. Examples of insulating agents that can be used include, but are not limited to, alkylalkoxysilane-based insulating agents and silanesiloxane-based insulating agents. As described above, in this first embodiment, the opposing inner surfaces 40a of the continuous footing 40 and the upper surface 50a of the slab 50 form an insulating container.
従来の技術で列挙した米国特許第11512022号公報は、コンクリートに電気を蓄えることを開示しているものの、コンクリートに鉄筋が配筋されていた場合にこの鉄筋の絶縁処理については開示していない。これに対して、本第1実施形態では、土に電気伝導性物質を混入した混合物4を布基礎40の対向する内面40aと、スラブ50の上面50aとにより絶縁性を確保している。このため、布基礎40の内部や上面に鉄筋が配筋されていても、この鉄筋には絶縁処理を施す必要がない。また、土間部46は大きな空間であるので、仮に単位面積当たりの帯電量が小さいとしても、混合物4の容量が大きいので、より多くの電気を蓄電することができる。 U.S. Patent No. 11,512,022, listed in the prior art section, discloses storing electricity in concrete, but does not disclose insulating reinforcing bars when they are placed in the concrete. In contrast, in this first embodiment, insulation is ensured between the mixture 4, in which an electrically conductive substance is mixed into the soil, and the opposing inner surface 40a of the continuous footing 40 and the top surface 50a of the slab 50. Therefore, even if reinforcing bars are placed inside or on the top surface of the continuous footing 40, there is no need to insulate these reinforcing bars. Furthermore, because the earthen floor area 46 is a large space, even if the amount of charge per unit area is small, the large capacity of the mixture 4 allows for the storage of more electricity.
スラブ50は、セパレータ5を保持するための第1保持部51と、正極6を保持するための第2保持部52と、負極7を保持するための第3保持部53とが形成されている。第1保持部51と、第2保持部52と、第3保持部53とは、凹部を有しており、スラブ50のコンクリート打設時に、それぞれの形状に合わせた型枠にコンクリートを打設することにより形成される。 The slab 50 is formed with a first holding portion 51 for holding the separator 5, a second holding portion 52 for holding the positive electrode 6, and a third holding portion 53 for holding the negative electrode 7. The first holding portion 51, second holding portion 52, and third holding portion 53 have recesses, which are formed by pouring concrete into formwork that matches the respective shapes when pouring the concrete for the slab 50.
第1保持部51には絶縁性が要求されるため、前述の絶縁剤を塗布または噴霧することが望ましい。また、セパレータ5の保持を確実にするために弾性変形可能で絶縁性を有した樹脂材54によりセパレータ5を確実に保持することができる。なお、図4では、セパレータ5の両側に樹脂材54を設けているが、セパレータ5の片側のみに樹脂材54を設けてセパレータ5を保持するようにしてもよい。このように、セパレータ5は、第1保持部51の凹部において樹脂材54により嵌め込まれている。 Since the first holding portion 51 is required to be insulating, it is desirable to apply or spray the aforementioned insulating agent. Furthermore, to ensure reliable retention of the separator 5, the separator 5 can be securely held using an elastically deformable, insulating resin material 54. While FIG. 4 shows resin material 54 provided on both sides of the separator 5, it is also possible to hold the separator 5 by providing resin material 54 on only one side of the separator 5. In this way, the separator 5 is fitted into the recess of the first holding portion 51 using resin material 54.
第2保持部52と第3保持部53とは、本第1実施形態においては同じ形状となっている。第2保持部52と第3保持部53を同じ形状とすることにより、共通の型枠を用いることができるので、コンクリート打設のコストを低減することができる。なお、第2保持部52と第3保持部53とを省略して、正極6と、負極7とを混合物4により保持させるようにしてもよい。 In this first embodiment, the second holding portion 52 and the third holding portion 53 have the same shape. By making the second holding portion 52 and the third holding portion 53 the same shape, a common formwork can be used, thereby reducing the cost of pouring concrete. Note that the second holding portion 52 and the third holding portion 53 may be omitted, and the positive electrode 6 and the negative electrode 7 may be held by the mixture 4.
基礎構造物30を建設する際には、バックホウなどの建設重機により地面45の土を掘削する。そして、この掘削された土は、埋戻し材として、布基礎40が建設された後に後述の土間部46に埋め戻される。本第1実施形態では、掘削された土に電気伝導性物質を混合することにより混合物4としている。この混合は、例えば、建設現場において、バックホウのバケットを利用して行ってもよく、作業員により行ってもよい。また、この際に、前述した電解質物質を補充するようにしてもよい。 When constructing the foundation structure 30, the soil of the ground surface 45 is excavated using heavy construction machinery such as a backhoe. This excavated soil is then used as backfill material to fill the earthen floor area 46 (described below) after the continuous footing 40 is constructed. In this first embodiment, the excavated soil is mixed with an electrically conductive material to form the mixture 4. This mixing may be performed, for example, at the construction site using the bucket of a backhoe, or by workers. The aforementioned electrolyte material may also be replenished at this time.
ここで、建設現場で製造された混合物4を図2に示されているガラス容器1に入れて、建設現場で製造された混合物4の抵抗値を測定することが好ましい。また、建設現場で製造された混合物4を用いて充電を行い、充電時の電流値や、静電容量を測定することが好ましい。これらの測定結果に基づき、埋戻し材として用いられる混合物4に粉砕された備長炭や、カーボンブラックを更に添加したり、電解質物質を補充したりするようにすれば帯電性能に優れたキャパシタ11を実現することができる。このように、建設現場で掘削された土を用いてキャパシタ11の混合物4を製造すれば土を手配したり輸送したりするコストを削減することができる。 Here, it is preferable to place the mixture 4 produced at the construction site in the glass container 1 shown in Figure 2 and measure the resistance value of the mixture 4 produced at the construction site. It is also preferable to charge the mixture 4 produced at the construction site and measure the current value and capacitance during charging. Based on these measurement results, by further adding crushed binchotan charcoal or carbon black to the mixture 4 used as backfill material, or by supplementing it with an electrolyte substance, it is possible to realize a capacitor 11 with excellent charging performance. In this way, by producing the mixture 4 for the capacitor 11 using soil excavated at the construction site, it is possible to reduce the costs of procuring and transporting the soil.
本第1実施形態では、布基礎40とスラブ50と後述のデッキ58(図6参照)に囲まれた空間によって土間部46が形成されている。図5は、この土間部46に混合物4が埋め戻された様子を示す部分断面図である。 In this first embodiment, the earthen floor area 46 is formed by the space surrounded by the continuous footing 40, the slab 50, and the deck 58 (see Figure 6), which will be described later. Figure 5 is a partial cross-sectional view showing the state in which the mixture 4 has been backfilled into this earthen floor area 46.
図5に示してあるように混合物4は、セパレータ5と正極6と負極7と布基礎40との高さを超えないように土間部46に埋められている。これによりキャパシタ11の絶縁性を確保することができる。なお、混合物4は、土間部46に埋め戻されただけであるので、混合物4の内部には空気が存在している。混合物4の内部に空気が存在して混合物4同士の接触が不安定だと、混合物4の内部抵抗値が大きくなり、また、内部抵抗値の測定値が安定しない。 As shown in Figure 5, the mixture 4 is buried in the earthen floor 46 so that it does not exceed the height of the separator 5, positive electrode 6, negative electrode 7, and liner footing 40. This ensures the insulation of the capacitor 11. Note that since the mixture 4 is simply backfilled in the earthen floor 46, air exists within the mixture 4. If air exists within the mixture 4 and contact between the mixture 4 particles becomes unstable, the internal resistance value of the mixture 4 will increase and the measured internal resistance value will not be stable.
このため、土間部46に埋め戻された混合物4を締固めれば、混合物4はせん断抵抗が大きくなるとともに、内部抵抗値を小さくすることができ、キャパシタ11としての性能を向上することができる。図6は、締固め後の基礎構造物30の様子を示す図である。図6に示すように、締固めにより混合物4の高さが低くなっている。 For this reason, compacting the mixture 4 backfilled in the earthen floor area 46 increases the shear resistance of the mixture 4 and reduces its internal resistance, improving its performance as a capacitor 11. Figure 6 shows the state of the foundation structure 30 after compaction. As shown in Figure 6, the height of the mixture 4 has been reduced by compaction.
また、図6では、樹脂シート55と、第1管部材56と、第2管部材57と、デッキ58と、土間コンクリート60とが新たに図示されている。
樹脂シート55は、キャパシタ11に雨水がかかるのを防止するためのシートであり、本第1実施形態ではポリエチレンのシートを用いている。なお、本第1実施形態では、土間コンクリート60によりキャパシタ11に雨水がかかるのを防止することができる。このため、本第1実施形態では、樹脂シート55を省略してもよく、土間コンクリート60が建設されるまでの間に樹脂シート55を用いるようにしてもよい。
6 also newly illustrates a resin sheet 55, a first pipe member 56, a second pipe member 57, a deck 58, and a concrete slab 60.
Resin sheet 55 is a sheet for preventing rainwater from getting on capacitor 11, and in the first embodiment, a polyethylene sheet is used. Note that in the first embodiment, floor concrete 60 can prevent rainwater from getting on capacitor 11. For this reason, in the first embodiment, resin sheet 55 may be omitted, or resin sheet 55 may be used until floor concrete 60 is constructed.
本第1実施形態において第1管部材56は、CD管であり、正極6からの配線9を通すための管部材である。第2管部材57は、CD管であり、負極7からの配線10を通すための管部材である。 In this first embodiment, the first pipe member 56 is a CD pipe, a pipe member for passing the wiring 9 from the positive electrode 6. The second pipe member 57 is a CD pipe, a pipe member for passing the wiring 10 from the negative electrode 7.
本第1実施形態において、土間コンクリート60の打設を行う前に、キャパシタ11の動作確認を行うことが望ましい。動作確認としては、キャパシタ11への充電に加えて、放電を行うことが好ましい。図5などでは、1つのキャパシタ11を図示しているが建設現場では、複数のキャパシタ11が設けられている。複数のキャパシタ11を直列に接続する場合には、複数のキャパシタ11を直列に接続した状態で充電および放電の動作確認を行うことが望ましい。 In this first embodiment, it is desirable to check the operation of the capacitor 11 before pouring the concrete floor 60. To check the operation, it is desirable to charge the capacitor 11 and also discharge it. While Figure 5 and other figures show one capacitor 11, multiple capacitors 11 are installed at construction sites. When multiple capacitors 11 are connected in series, it is desirable to check the charging and discharging operation with the multiple capacitors 11 connected in series.
また、この動作確認の結果に応じて、前述した電解質物質を追加するかどうかを判断するようにしてもよい。なお、電解質物質の追加に関する判断は、作業員が行ってもよく、後述の制御装置20やホストコンピュータが行うようにしてもよい。 In addition, depending on the results of this operation check, a decision may be made as to whether or not to add the aforementioned electrolyte material. The decision regarding the addition of electrolyte material may be made by an operator, or by the control device 20 or host computer described below.
デッキ58は、簡略して図示しているものの布基礎40に支持されており、土間部46を覆うものである。本第1実施形態では、デッキ58は鉄鋼製であり、第1管部材56および第2管部材57を通過させるための開口が形成されている。 Although the deck 58 is shown simply, it is supported on the continuous footing 40 and covers the earthen floor area 46. In this first embodiment, the deck 58 is made of steel and has openings formed therein to allow the first pipe member 56 and the second pipe member 57 to pass through.
土間コンクリート60は、コンクリート製である。土間コンクリート60は、布基礎40により支持されている。土間コンクリート60には、後述のハッチ59と、開口部60aと開口部60bとが形成されている。 The concrete floor 60 is made of concrete. The concrete floor 60 is supported by the continuous footing 40. The concrete floor 60 has a hatch 59, which will be described later, and openings 60a and 60b formed therein.
ハッチ59は、開口部60aと開口部60bを開閉する金属製の部品であり、+X側に設けられたハッチ59は開いた状態を示しており、-X側に設けられたハッチ59は閉じた状態を示している。 Hatch 59 is a metal part that opens and closes openings 60a and 60b. The hatch 59 on the +X side is shown in the open state, and the hatch 59 on the -X side is shown in the closed state.
開口部60aは、正極6と対向して設けられた開口を有しており、デッキ58の開口を介して、正極6と第1管部材56と第2管部材57とに接近することが可能となる開口である。 The opening 60a has an opening facing the positive electrode 6, and is an opening that allows access to the positive electrode 6, the first pipe member 56, and the second pipe member 57 through the opening in the deck 58.
開口部60bは、負極7と対向して設けられた開口を有しており、デッキ58の開口を介して、負極7および第2管部材57に接近することが可能となる開口である。なお、開口部60aと開口部60bとの数は、2つに限定するものではなく、1つでも3つ以上でも構わない。また、開口部60aと開口部60bとの大きさや、位置も適宜設定することができる。 Opening 60b has an opening provided opposite the negative electrode 7, and is an opening that allows access to the negative electrode 7 and second pipe member 57 through the opening in deck 58. Note that the number of openings 60a and 60b is not limited to two, and may be one, three, or more. The size and position of openings 60a and 60b can also be set as appropriate.
なお、本第1実施形態において、例えば、開口部60aとデッキ58の開口とを介して、混合物4に電解質物質を供給する配管を設けるようにしてもよい。この場合、電解質物質は、例えば水に溶かすなどして溶液の状態で供給することが好ましい。 In this first embodiment, for example, a pipe may be provided to supply the electrolyte material to the mixture 4 via the opening 60a and the opening in the deck 58. In this case, it is preferable to supply the electrolyte material in the form of a solution, for example, by dissolving it in water.
図7は、基礎構造物30の近傍に仮設足場61および防護ネット65を設けた様子を示す図である。 Figure 7 shows the temporary scaffolding 61 and protective net 65 installed near the foundation structure 30.
仮設足場61は、例えばビティ足場のような外部足場であるが、これに限定されるものではない。 Temporary scaffolding 61 is an external scaffolding such as, but not limited to, a bitty scaffolding.
防護ネット65は、仮設足場61の+X側(外側)に設けられ、周辺歩行者に対する安全対策として、工具などの物の落下を防止するためのネットである。防護ネット65は、不図示の結束部材を介して、仮設足場61を構成する部品に取付けられている。本第1実施形態において、防護ネット65には、ペロブスカイト太陽電池70が設けられている。 The protective net 65 is provided on the +X side (outside) of the temporary scaffolding 61 and serves as a safety measure for nearby pedestrians to prevent tools and other objects from falling. The protective net 65 is attached to the components that make up the temporary scaffolding 61 via binding members (not shown). In this first embodiment, perovskite solar cells 70 are provided on the protective net 65.
図8は、ペロブスカイト太陽電池70を備えた防護ネット65を示す概要図である。図8に示してあるように、防護ネット65は、防護ネット65の母材であるメッシュ76の表面にペロブスカイト太陽電池70をY軸方向に沿って短冊状に接合している。メッシュ76の全面にペロブスカイト太陽電池70を接合すると、防護ネット65の機能である通気性が失われてしまう。このため、本第1実施形態では、メッシュ76にペロブスカイト太陽電池70を部分的に接合している。なお、防護ネット65を仮設足場61に設ける場合には、ペロブスカイト太陽電池70がX軸方向に沿うように設けてもよく、Z軸方向に沿うように設けてもよい。 Figure 8 is a schematic diagram showing a protective net 65 equipped with perovskite solar cells 70. As shown in Figure 8, the protective net 65 has perovskite solar cells 70 bonded in strips along the Y-axis direction to the surface of a mesh 76, which is the base material of the protective net 65. If perovskite solar cells 70 were bonded to the entire surface of the mesh 76, the breathability that is one of the protective net 65's functions would be lost. For this reason, in this first embodiment, the perovskite solar cells 70 are only partially bonded to the mesh 76. When the protective net 65 is installed on the temporary scaffolding 61, the perovskite solar cells 70 may be arranged along either the X-axis direction or the Z-axis direction.
メッシュ76は、複数の網目を有し、雨や熱等に強い樹脂材料(例えば、ポリエステル)である。メッシュ76は、風による影響を小さくするために、空隙率を10%から55%、言い換えると充実率を45%から90%とすることが好ましい。また、メッシュ76は、異物が通過しにくいように、目の間隔(格子の間隔)が0.5mmから5mm、より好ましくは目の間隔(格子の間隔)が1mmから3mmのものを適用することができる。なお、目の間隔0.5mmもしくは1mmを通過する微小な異物は実質的に問題にならない。 The mesh 76 has multiple mesh openings and is made of a resin material (e.g., polyester) that is resistant to rain, heat, etc. To minimize the effects of wind, the mesh 76 preferably has a void ratio of 10% to 55%, in other words, a solidity ratio of 45% to 90%. Furthermore, to make it difficult for foreign objects to pass through, the mesh 76 can have a mesh spacing (grid spacing) of 0.5mm to 5mm, more preferably 1mm to 3mm. Note that tiny foreign objects that pass through a mesh spacing of 0.5mm or 1mm are essentially unavoidable.
本第1実施形態において、メッシュ76の空隙率は、ペロブスカイト太陽電池70がメッシュ76を覆う面積に応じて設定するようにしてもよい。例えば、ペロブスカイト太陽電池70が設けられていない従前の防護ネットの空隙率が20%だったとする。ここで、ペロブスカイト太陽電池70がメッシュ76の面積の50%を覆う場合には、空隙率が35%から45%、好ましくは40%のメッシュ76を用いることにより、防護ネット65全体としての通気性を確保することができる。 In this first embodiment, the porosity of the mesh 76 may be set according to the area of the mesh 76 covered by the perovskite solar cells 70. For example, suppose the porosity of a conventional protective net without perovskite solar cells 70 is 20%. Here, if the perovskite solar cells 70 cover 50% of the area of the mesh 76, then the breathability of the entire protective net 65 can be ensured by using a mesh 76 with a porosity of 35% to 45%, preferably 40%.
また、メッシュ76は、ペロブスカイト太陽電池70の熱をメッシュ76に伝導するための熱伝導剤が塗布され、熱伝導部77(図9参照)が形成されている。ペロブスカイト太陽電池70は高温になり過ぎると発電効率が低下するため、ペロブスカイト太陽電池70の熱をメッシュ76側に伝達することにより、ペロブスカイト太陽電池70の発電効率の低下を防止している。熱伝導剤としては、放熱グリースを用いれば良く、例えばシリコングリースを適用することができる。 The mesh 76 is also coated with a thermally conductive agent to conduct heat from the perovskite solar cell 70 to the mesh 76, forming a thermally conductive portion 77 (see Figure 9). Because the power generation efficiency of the perovskite solar cell 70 decreases when the temperature becomes too high, transferring the heat from the perovskite solar cell 70 to the mesh 76 prevents a decrease in the power generation efficiency of the perovskite solar cell 70. A thermally conductive agent such as silicone grease can be used.
図9は、図8の矢視A-Aの断面図である。なお、図9は、ペロブスカイト太陽電池70の構成を分かりやすく図示しているため、実際の寸法とは異なっている。図9に示してあるように、ペロブスカイト太陽電池70は、母材であるメッシュ76に熱伝導部77を介して、第1電極71(本第1実施形態では正極)と、正孔輸送層72と、ペロブスカイト層73と、電子輸送層74と、第2電極75(本第1実施形態では負極)と、被膜層78と、がこの順番に積層されている。なお、第2電極75の表面に透明な保護層を設けることが好ましく、この保護層に撥水処理を行うとともに、被膜層78を形成することが好ましい。 Figure 9 is a cross-sectional view taken along the line A-A in Figure 8. Note that Figure 9 does not represent the actual dimensions, as it illustrates the structure of the perovskite solar cell 70 in an easily understandable manner. As shown in Figure 9, the perovskite solar cell 70 comprises a mesh 76, which is a base material, and a heat conductive portion 77, on which a first electrode 71 (positive electrode in this first embodiment), a hole transport layer 72, a perovskite layer 73, an electron transport layer 74, a second electrode 75 (negative electrode in this first embodiment), and a coating layer 78 are stacked in this order. It is preferable to provide a transparent protective layer on the surface of the second electrode 75, and it is preferable to treat this protective layer with water repellency and then form the coating layer 78.
メッシュ76の面積に占めるペロブスカイト太陽電池70の面積の割合が多くなれば、ペロブスカイト太陽電池70の発電量は多くなるが、メッシュ76の通気性が低下し、防護ネット65に要求されている通気性を満たさなくなる虞がある。 If the proportion of the area of the perovskite solar cell 70 in the area of the mesh 76 increases, the amount of power generated by the perovskite solar cell 70 will increase, but the breathability of the mesh 76 will decrease, and there is a risk that the breathability required of the protective net 65 will no longer be met.
そこで、本第1実施形態においては、メッシュ76の面積に占めるペロブスカイト太陽電池70の面積の割合を15%から75%、好ましくは、25%から65%、より好ましくは35%から50%としている。なお、メッシュ76の面積に占めるペロブスカイト太陽電池70の面積の割合は、防護ネット65で防護される建設物の建築の際に必要とされる電力により決定してもよい。ペロブスカイト太陽電池70は、太陽の位置に寄らず、また、曇りでも発電するため、建設物の4面(東側、西側、南側、北側)に設けることができる。また、建設物が高くなるに連れて仮設足場61も継ぎ足されて高くなり、防護ネット65の使用数や、防護ネット65の面積も増加していく。このため、建設物の大きさに比例して、ペロブスカイト太陽電池70により発電する発電面積を十分に取ることができる。 Therefore, in this first embodiment, the ratio of the area of the perovskite solar cells 70 to the area of the mesh 76 is set to 15% to 75%, preferably 25% to 65%, and more preferably 35% to 50%. The ratio of the area of the perovskite solar cells 70 to the area of the mesh 76 may be determined based on the power required for construction of the building protected by the protective net 65. Because the perovskite solar cells 70 generate electricity regardless of the position of the sun and even on cloudy days, they can be installed on all four sides of the building (east, west, south, and north). Furthermore, as the building becomes taller, the temporary scaffolding 61 also becomes taller, and the number of protective nets 65 used and the area of the protective nets 65 also increase. Therefore, a sufficient power generation area for the perovskite solar cells 70 can be secured in proportion to the size of the building.
図10は、本第1実施形態のキャパシタ11の充電および放電を制御するための制御装置20のブロック図である。本第1実施形態では、前述のペロブスカイト太陽電池70によりキャパシタ11への充電を行っているが、これに限定されるものではない。 Figure 10 is a block diagram of a control device 20 for controlling the charging and discharging of the capacitor 11 in this first embodiment. In this first embodiment, charging of the capacitor 11 is performed using the perovskite solar cell 70 described above, but this is not limited to this.
制御装置20は、充電スイッチ12と、放電スイッチ13と、通信部14と、メモリ15と、制御部16とを有している。 The control device 20 has a charging switch 12, a discharging switch 13, a communication unit 14, a memory 15, and a control unit 16.
充電スイッチ12は、オン・オフスイッチであり、スイッチがオンの際にペロブスカイト太陽電池70によるキャパシタ11への充電が行われ、スイッチがオフの際にペロブスカイト太陽電池70によるキャパシタ11への充電が行われない。なお、本第1実施形態において、充電スイッチ12を省略して、ペロブスカイト太陽電池70によるキャパシタ11への充電を常時行うようにしてもよい。 The charging switch 12 is an on/off switch; when the switch is on, the perovskite solar cell 70 charges the capacitor 11; when the switch is off, the perovskite solar cell 70 does not charge the capacitor 11. Note that in this first embodiment, the charging switch 12 may be omitted, and the perovskite solar cell 70 may always charge the capacitor 11.
放電スイッチ13は、オン・オフスイッチであり、スイッチがオンの際に負荷への放電を行い、スイッチがオフの際に負荷への放電を行わないものである。負荷としては、例えば、照明用電源や、監視カメラの電源や、各種センサ(人感センサ、騒音計、火災センサなど)の電源などが挙げられる。なお、電源が交流電源の場合には、インバータにより交流電源に変換すればよい。 The discharge switch 13 is an on/off switch that discharges to a load when the switch is on and does not discharge to a load when the switch is off. Examples of loads include power supplies for lighting, surveillance cameras, and various sensors (such as motion sensors, sound level meters, and fire sensors). If the power supply is an AC power supply, it can be converted to AC power by an inverter.
通信部14は、インターネット等の広域ネットワークにアクセスする無線通信ユニットである。なお、通信部14は、有線による通信でも構わない。本第1実施形態において、通信部14は、遠隔して設けられているホストコンピュータと通信を行う。 The communication unit 14 is a wireless communication unit that accesses a wide area network such as the Internet. The communication unit 14 may also use wired communication. In this first embodiment, the communication unit 14 communicates with a remotely located host computer.
通信部14は、例えば、日ごとの帯電量や放電量をホストコンピュータに通信する。低層階の建築から中層階、高層階の建築に進むに連れて、防護ネット65の使用数や、防護ネット65の面積が増加して、ペロブスカイト太陽電池70の発電量が増加していく。これに伴い、キャパシタ11への帯電量が増加するとともに、キャパシタ11の放電量が増加していく。これにより、ホストコンピュータは、1つの建設現場にとどまらず、複数の建設現場の建設の進行に伴う帯電量や放電量を取得することができる。 The communication unit 14 communicates, for example, the amount of charge and discharge on a daily basis to the host computer. As construction progresses from low-rise buildings to mid-rise and high-rise buildings, the number of protective nets 65 used and the area of the protective nets 65 increase, and the amount of power generated by the perovskite solar cells 70 increases. Accordingly, the amount of charge on the capacitors 11 increases, and the amount of discharge from the capacitors 11 also increases. This allows the host computer to obtain the amount of charge and discharge as construction progresses not just at one construction site, but at multiple construction sites.
また、建設物の屋上に太陽光発電設備を設けたり、建設物の窓にペロブスカイト太陽電池70を設けたりすれば、建設物の竣工後も太陽光由来の電気をキャパシタ11に充電することができる。通信部14は、竣工後においても、日ごとの帯電量や放電量をホストコンピュータに通信するようにしてもよい。キャパシタ11に蓄えられた電気は、竣工後は、各種照明や、停電など非常時の電力として用いることができる。なお、建設物の窓に設けられるペロブスカイト太陽電池には、防護ネット65で要求される通気性は必要とされないのは言うまでもない。 Furthermore, by installing solar power generation equipment on the roof of a building or installing perovskite solar cells 70 in the windows of the building, electricity from sunlight can be charged into the capacitors 11 even after the building is completed. The communication unit 14 may be configured to communicate the daily charge and discharge amounts to the host computer even after completion. After completion, the electricity stored in the capacitors 11 can be used for various lighting purposes or as power in emergencies such as power outages. It goes without saying that perovskite solar cells installed in the windows of a building do not require the breathability required for the protective net 65.
メモリ15は、不揮発性のメモリ(例えばフラッシュメモリ)であり、キャパシタ11の充電や放電を制御するためのプログラムが記憶されている。また、メモリ15は、キャパシタ11の例えば、日ごとの帯電量や放電量を記憶している。なお、メモリ15は、時間ごとの帯電量や放電量を記憶してもよい。 Memory 15 is a non-volatile memory (e.g., flash memory) that stores a program for controlling the charging and discharging of capacitor 11. Memory 15 also stores, for example, the charge amount and discharge amount of capacitor 11 on a daily basis. Memory 15 may also store the charge amount and discharge amount on an hourly basis.
制御部16は、CPUを備えており、キャパシタ11の充電や放電を制御している。本第1実施形態において、制御部16は、キャパシタ11の電圧をモニターすることにより、電圧が下側の閾値よりも低くなれば、放電スイッチ13をオフにして負荷への放電を行わないようにする。また、制御部16は、電圧が上側の閾値よりも高くなれば、充電スイッチ12をオフにして充電を行わないように制御してもよい。 The control unit 16 is equipped with a CPU and controls the charging and discharging of the capacitor 11. In this first embodiment, the control unit 16 monitors the voltage of the capacitor 11, and if the voltage falls below a lower threshold, it turns off the discharge switch 13 to prevent discharging to the load. The control unit 16 may also control the charging switch 12 to turn off and prevent charging if the voltage rises above an upper threshold.
上述したように、本第1実施形態では、建設物の建設時から竣工後まで、太陽光などの自然エネルギーにより発電した電気を帯電して利用することができるので、二酸化炭素の排出の少ない建設工事および建設物を実現することができる。 As described above, in this first embodiment, electricity generated from natural energy sources such as sunlight can be charged and used from the time of construction of a building until its completion, making it possible to realize construction work and buildings with low carbon dioxide emissions.
(第2実施形態)
以下、図11を用いて第2実施形態につき説明するが、第1実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を割愛もしくは簡略化する。第2実施形態は、土間部46をコンクリートの仕切りブロック63により2分割している。
Second Embodiment
The second embodiment will be described below with reference to Fig. 11. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and their description will be omitted or simplified. In the second embodiment, the earthen floor portion 46 is divided into two portions by a concrete partition block 63.
図11は、第2実施形態の布基礎にキャパシタ11の構成の一部であるセパレータ5と正極6と負極7とを配置した様子を示す図である。このように、分割された土間部46に2つのキャパシタ11を配置するようにしてもよい。また、分割数は2つに限られるものではなく、任意に設定することができる。 Figure 11 shows the arrangement of a separator 5, positive electrode 6, and negative electrode 7, which are part of the capacitor 11 configuration, on a strip foundation in the second embodiment. In this way, two capacitors 11 may be arranged in the divided earthen floor area 46. Furthermore, the number of divisions is not limited to two and can be set arbitrarily.
この場合、混合物4を含めたキャパシタ11をユニット化し、ユニット化したキャパシタ11を土間部46に配置するようにしてもよい。ユニット化の一例としては、例えば図3のキャパシタ11が挙げられ、上面に蓋部材を設けるようにしてもよい。この場合、蓋部材には、セパレータ5や、正極6や、負極7の位置に応じて開口部を設けるようにしてもよく、この開口部を開閉する開閉部を設けるようにしてもよい。 In this case, the capacitor 11 containing the mixture 4 may be unitized, and the unitized capacitor 11 may be placed in the earthen floor area 46. An example of a unitized capacitor is the capacitor 11 shown in Figure 3, which may have a lid member on the top surface. In this case, the lid member may have openings corresponding to the positions of the separator 5, positive electrode 6, and negative electrode 7, and may have opening/closing parts for opening and closing these openings.
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば、ユニット化したキャパシタ11をコンクリートの道路の下に設けるようにしてもよい。コンクリートにより、雨水の影響を受けることがなく、ガスや下水工事の際にコンクリートを撤去するので、キャパシタ11のメンテナンスや交換を行うことができ、安全で使い勝手のよいキャパシタ11を実現することができる。 The above-described embodiment is a preferred example of the present invention. However, it is not limited to this, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention. For example, the unitized capacitor 11 may be installed under a concrete road. The concrete prevents it from being affected by rainwater, and since the concrete is removed during gas or sewer construction work, the capacitor 11 can be maintained and replaced, resulting in a safe and easy-to-use capacitor 11.
2…土 3…銅板 4…混合物 5…セパレータ 6…正極
7…負極 11…キャパシタ 12…充電スイッチ
13…放電スイッチ 16…制御部 20…制御装置
30…基礎構造物 40…布基礎 51…第1保持部
54…樹脂材 45…地面 46…土間部
60…土間コンクリート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2: Soil 3: Copper plate 4: Mixture 5: Separator 6: Positive electrode 7: Negative electrode 11: Capacitor 12: Charging switch 13: Discharging switch 16: Control unit 20: Control device 30: Foundation structure 40: Strip footing 51: First holding unit 54: Resin material 45: Ground 46: Floor portion 60: Floor concrete
Claims (9)
前記伝導部に正極と、負極と、セパレータとを設け、
前記カーボンブラックの添加量と、前記伝導部の締固めによる前記土と前記カーボンブラックとの接触状態の調整とにより、前記伝導部の内部抵抗を調整し、
前記正極と前記負極との間に電圧を印加し、前記正極に陰イオンを引き寄せ、前記負極に陽イオンを引き寄せる電気二重層キャパシタの形成方法。 The soil containing ions is mixed with an electrically conductive material containing carbon black, and an ionic solution is added to form a conductive portion.
The conductive part is provided with a positive electrode, a negative electrode, and a separator,
The internal resistance of the conductive portion is adjusted by adjusting the amount of carbon black added and the contact state between the soil and the carbon black by compacting the conductive portion;
A method for forming an electric double layer capacitor, comprising applying a voltage between the positive electrode and the negative electrode, thereby attracting anions to the positive electrode and cations to the negative electrode.
前記容器の上面が部材により覆われている請求項1記載の電気二重層キャパシタの形成方法。 the conductive portion, the positive electrode, the negative electrode, and the separator are provided in a container,
2. The method for forming an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the upper surface of the container is covered with a member.
前記容器の底から離して前記正極および前記負極を前記伝導部に設けている請求項1記載の電気二重層キャパシタの形成方法。 the conductive portion, the positive electrode, the negative electrode, and the separator are provided in a container,
2. The method for forming an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the positive electrode and the negative electrode are provided on the conductive portion away from the bottom of the container.
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