JP2005533470A - 電気エネルギを輸送する方法 - Google Patents

Abstract

電気エネルギの輸送には、従来、ほとんど例外なく、電気導体が用いられている。しかしながら、これらの電気導体は、該電気導体中における損失がその長さの増加に伴って上昇し、長距離である場合にはエネルギ輸送が不経済となる、比較的長距離にわたる輸送においては、限定的な場合にのみ有効なものである。これに対して、可能な限り低レベルの損失でもって、長距離にわたって電気エネルギを輸送し、目的地において、エネルギを乗り物外での消費のために提供することができる、本発明に係る電気エネルギを輸送する装置は、複数の蓄電要素で形成され、乗り物の上及び／又は内部に積荷として配置された蓄電装置を備えている。蓄電装置は、電気エネルギの供給の際には、乗り物の上及び／又は内部に存在する。乗り物は、蓄積された電気エネルギを、放電の際に伝達するための接続部を有している。

Description

本発明は、電気エネルギを輸送するための装置及び方法に関するものである。

このような装置としては、ほとんど例外なく、電気導体が用いられている。しかしながら、これらの電気導体は、該電気導体中における損失がその長さの増加に伴って上昇し、長距離である場合にはエネルギ輸送が不経済となる、比較的長距離にわたる輸送においては、限定的な場合にのみ有効なものである。

また、電気エネルギは、電気分解などの化学プロセスを実行するのに用いられ、これにより、例えば水素などの所望の物質が得られる。このような物質は、目的地に輸送されることができ、そこで例えば燃料電池などといった適当な装置により、再び電気エネルギに変換することができる。しかしながら、この場合、電気エネルギだけでなくエネルギ運搬具も輸送することになる。これは一方ではそれを生成するための損失が生じ、他方では電気エネルギへの変換のための損失が生じる。

さらに、装置の操作に必要とされる電気エネルギを、このような装置の上又は内部において、適当な蓄電装置に蓄えるといったことも、ずっと前から知られている。このようなものとして、始動プロセスで必要とされる電気エネルギを供給する鉛蓄電池を備えた自動車が具体例としてあげられる。さらなる具体例としては、例えば、その操作に必要とされるエネルギを供給するための蓄電池を備えた携帯電話があげられる。しかしながら、これらの具体例は、常に、そのユニット自体によって必要とされるエネルギを適当に持ち運ぶことが必要である。

本発明は、正確には、可搬式のユニットに必要なエネルギを生成する蓄電装置ではなく、とくに長距離にわたるエネルギの輸送を問題にしている。

本発明の目的は、可能な限り低レベルの損失でもって、長距離にわたって電気エネルギを輸送し、目的地において、エネルギを乗り物外での消費のために提供することができる装置及び方法を提供することである。

本明細書の冒頭部に記載された種類の装置において、上記の目的は、複数の蓄電要素（storage element）で形成され、乗り物（vehicle）又はクラフト（craft）の上及び／又は内部に積荷（payload）として配置された蓄電装置（storage device）によって達成される。ここで、電気エネルギの供給に際しては、蓄電装置は、乗り物の上及び／又は内部に存在する。また、乗り物は、放電に際して、蓄積された電気エネルギを伝達するための接続部（connection）を有している。

さらに、上記の目的は、次の各ステップを含む方法によって達成される。すなわち、蓄電装置に電気エネルギを充電するステップ、乗り物を目的地まで輸送するステップ、及び、蓄電装置を目的地で放電させるステップである。

ここで、本発明は、次のような知見に基づいている。すなわち、確かに、このような蓄電装置は、鉛蓄電池の場合は常にかなり大きい質量を有する。しかし、それ相応に大寸法の輸送容量（correspondingly large-size transport capacity）により非常に長い距離にわたって輸送する場合には、この不具合は、導体を介して電気エネルギの形態で非常に大量のエネルギを輸送する方法と、これが惹起する損失とに比べれば、目立たなくなる。

本発明の好ましい実施態様においては、蓄電要素として、蓄電池及び／又はコンデンサが設けられる。これらは、一般的な蓄電要素であり、また大いに有効である。さらに、損傷（damage）を受けた場合においても、確実に使用することができる。

とくに好ましい特徴においては、複数の蓄電要素がともに、機械的及び／又は電気的に結合され、蓄電装置群を形成している。このような結合により、一方では、それらを同時に充電し又は放電させることができ、及び／又は、取り換えの場合には、それらを、各蓄電要素を個別に取り扱うことを必要とせずに、完全な１つの群（complete group）として取り扱うことができる。これは、蓄電装置が非常に多数の蓄電要素を含み、このため個々の蓄電要素へのアクセス（access）が非常に複雑かつ不経済である場合には、とくに有利である。この場合、問題となっている（being sought）蓄電要素が含まれている蓄電装置群は、迅速に蓄電装置から除去され、欠陥のない新しい蓄電装置群と取り換えられる。そして、乗り物は、最悪でも若干の遅れを伴うだけで、その行程（journey）を完了することができる。

本発明の好ましい発展形においては、乗り物の駆動（vehicle drive）は、蓄積されたエネルギでもって行われる。これは、乗り物が、例えば燃料を伴ったタンクの形態の追加のエネルギ蓄積装置を運ぶ必要がないということを意味する。しかしながら、緊急の駆動を可能にするためには、限定的な（limited）燃料供給及び内燃機関が搭載されなければならないということが理解されるであろう。

本発明に係る蓄電装置の迅速な充電及び放電を可能にするために、中間蓄電装置が配設された固定式のステーション（fixed station）が好ましく設けられる。かくして、乗り物は、まずこの中間蓄積装置に電荷を供給することができ、そして再びさらなる充電を行うために、直ちにステーションを離れる（leave）ことができる。この後、必要であれば、エネルギを、ステーション又は中間蓄積装置から送電してネットワークに供給することができる。

本発明の好ましい実施態様においては、複数の蓄電要素及び／又は蓄電装置群に対して、集合接続部（collective connection）を設けてもよい。このようにすれば、複数の蓄電要素又は蓄電装置群を、同時に充電／放電することができる。この場合、各個々の蓄電要素に対する電気接続を行うための時間を節約することができる。

とくに、蓄電要素として、電解流体（electrolyte fluid）を含む蓄電池が用いられる場合、流体を除去することにより、蓄電装置の重量のかなりの部分を低減することができる。この場合、輸送過程においては、蓄電池には流体が保持されていない。このため、各蓄電要素は、好ましく開口部を有している。このようにして、必要とされる駆動力が低減される。あるいは、乗り物の運搬容量を十分に利用できる場合には、輸送することができるエネルギの量を増加させることができる。

各個々の蓄電要素において、個別に流体を排出する必要をなくすために、複数の蓄電要素の開口部を、収集導管（collecting conduit）により、まとめて接続してもよい。これはまた、流体を充填又は排出する時間を低減する。

流体を排出するときに、流体をまず乗り物に載っているコンテナに収集すれば、この流体を蓄電要素から排出した後、１つの作業操作（one working operation）で、そのコンテナを乗り物から取り除くことができる。あるいは、蓄電要素の充電の前に、その流体を、１つの作業操作で積載することができる。そして、乗り物とは独立して、その行程計画（travel schedule）に影響を及ぼすことなく、前処理過程又は後処理過程を実施することができる。例えば、バッテリ蓄電装置を輸送するための乗り物が船であれば、この船は、蓄電装置の充電の後、出航することができ、そして目的地の港への航行を開始することができる。他方、電解液は、バッテリから排出され、１つのコンテナ（又は複数のコンテナ）内に収集される。

すべての蓄電装置から電解液が排出されると、直ちに、コンテナは、例えば船上の荷役装置（loading apparatus）でもって、準備及び蓄積のために陸に戻る流体を運んでいる他の船に移すことができる。コンテナの寸法が適切であれば、この役務は、例えばヘリコプタなどの航空機により実行することができる。

前処理又は後処理は、例えば、流体中の懸濁物質を除去するための流体の浄化を含んでいてもよい。このようにして、蓄電池は、常に、清浄な電解液で満たされ、使用期間の増加に伴って蓄電池又はその効率を劣化させるスラッジの堆積が生じない。これは、蓄電装置の耐用期間を大幅に増加させる。

本発明の有利な実施態様は、従属請求項に規定されている。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を、単なる例示として、より詳細に説明する。

図１は、本発明に係る蓄電装置のための乗り物又はクラフトとして、船１０を示している。この蓄電装置は、コンテナ１２内にグループ化された関係（grouped relationship）で一緒に結合された複数の蓄電要素で構成されている。コンテナ１２は、例えば、商業的に普及しているコンテナであってもよい。これらのコンテナは、普及している既知のコンテナ船の、デッキの下あるいは荷物スペースに配置され、甲板積み荷物（deck load）として輸送されることができる。このようにして、かなり大量の蓄電装置を、このような船１０で輸送することができる。

蓄電装置を充電し又は放電させるには、各コンテナ１２の外側に１つの適当な接続部を設ければ十分である。蓄電要素が不良であると判明した場合は、コンテナブリッジ（container bridge）又はコンテナスプレッダ（container spreader）などの標準的な荷積み装置（loading equipment）を用いて、不良の蓄電要素を伴った問題のコンテナ１２を降ろし、代替コンテナと取り換えることができる。その結果、たとえ蓄電要素を取り換えなければならない場合でも言及に値する程の、船の入れ換え時間（turnaround time）の延長は生じない。例えば蓄電要素として蓄電池を用いる場合に対応する仕様においては、電解流体を、航行時におけるいかなるときにも、コンテナ的な手法（container-wise fashion）で、収集導管により導入し、排出することができ、蓄電装置の重量を低減することができる。

図２は、このようなコンテナ１２の部分的に切り開かれた図である。このコンテナ１２内には、その空間部を満たすように蓄電要素１４が配置されている。図２の左側の部分においては、蓄電要素１４は、例えば大容量（high-capacity）のウルトラキャップ（ultracap）などのコンデンサの形態で示されている。図２の右側の部分においては、それらは、例えば鉛蓄電池などの蓄電池の形態で示されている。これは、明らかに、蓄電装置を構成する多くの異なる可能な方法を示している。基本的には、任意の適切な蓄電要素１４を用いることが可能であることが理解されるであろう。

図３は、本発明に係る方法を示している。この図の左側の部分には、連続的に電気エネルギを生成する風力発電装置２０が示されている。この電気エネルギは、制御装置２２（control）により中間蓄積装置２４に蓄積される。ここで、船１０又はその蓄電装置を充電する場合、該装置は接続ステーション２６に接続される。ここで、制御装置２２は、中間蓄積装置２４及び／又は風力発電装置２０から、接続ステーション２６と、船１０に載っている蓄電装置とへの電流の流れを生じさせる。

船１０に載っている蓄電装置が充電されると、直ちに、鉛蓄電池の場合は、電解液を排出して浄化し、この後タンクに蓄積することができる。この後、充電された蓄電装置は伴っているが電解液は伴っていない船１０は、その目的地の港へ出航することができる。そこで、それはもう一度接続ステーション３６に接続される。もし必要であれば、そこに蓄積されている電解液を、再び鉛蓄電池に充填することができ、放電動作が始まる。ここで、蓄電装置から中間蓄積装置３４への電流の流れ、及び／又は、電気エネルギがこの後消費されることができるネットワーク３０への直接の電流の流れを生じさせるもう１つの制御装置３２が設けられている。

この後、帰りの行程のために、電解液を、その間に放電された蓄電装置から再び除去することができる。

船に載っている、本発明に係る蓄電装置を示す図である。 本発明に係る蓄電装置群の実施の形態を示す図である。 本発明に係るエネルギ輸送の手順を示す単純化された図である。

符号の説明

１０ 船、１２ コンテナ、１４ 蓄電要素、２０ 風力発電装置、２２ 制御装置、２４ 中間蓄電装置、２６ 接続ステーション、３０ ネットワーク、３２ 制御装置、３４ 中間蓄電装置、３６ 接続ステーション。

Claims (19)

1. 電気エネルギを輸送する装置であって、
   複数の蓄電要素（１４）で形成され、乗り物（１０）の上及び／又は内部に積荷として配置された蓄電装置を備えていて、
   上記蓄電装置が、電気エネルギの供給の際には、上記乗り物の上及び／又は内部に存在し、
   上記乗り物が、蓄積された電気エネルギを、放電の際に伝達するための接続部を有していることを特徴とする装置。
2. 上記蓄電要素（１４）として、蓄電池及び／又はコンデンサを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 上記蓄電要素（１４）が機械的及び／又は電気的に結合されて蓄電装置群（１２）を形成していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 上記乗り物の駆動を、蓄積されたエネルギで行うことができることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 上記蓄電装置を充電し及び放電させるための、及び／又は、電気エネルギを変換するための固定式のステーション（２２、２６、３２、３６）を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置。
6. 上記ステーション（２２、２６、３２、３６）が、電気エネルギの中間蓄積のための中間蓄電装置（２４、３４）を備えていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
7. 複数の蓄電要素（１４）及び／又は蓄電装置群（１２）のための少なくとも１つの集合電気接続部を備えていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
8. 各蓄電要素（１４）が、流体を導入又は排出するための少なくとも１つの開口部を備えていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
9. 上記蓄電要素（１４）の開口部をまとめて接続する１つ又は複数の収集導管を備えていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 上記収集導管が、乗り物（１０）に載っているコンテナに開口していることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 個々の蓄電要素（１４）監視するための装置、及び／又は、充電／放電操作を制御するための装置、及び／又は、流体を供給又は排除するための装置を備えていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の装置。
12. 上記制御装置又は監視装置が、個々の蓄電要素及び／又は蓄電装置群の操作状態を示すことを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 上記監視装置又は制御装置が、乗り物（１０）に載置されていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 上記装置が、少なくともマイクロプロセッサと記憶装置とを含むことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の装置。
15. 蓄電装置を積荷として運ぶ乗り物によって電気エネルギを輸送する方法であって、
    上記蓄電装置に電気エネルギを充電するステップと、
    上記乗り物を目的地まで輸送するステップと、
    上記蓄電装置を目的地で放電させるステップとを含むことを特徴とする方法。
16. 上記蓄電装置に電気エネルギを充電した後において、上記蓄電装置の目的地への輸送の前に、上記蓄電装置内に保持されている流体を除去し、
    上記蓄電装置の目的地への輸送の後において、電気エネルギの除去の前に、上記蓄電装置に流体を導入することを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 上記除去後において、蓄電の前に流体を浄化することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 流体が導入されたコンテナを、上記乗り物の出発の後に、該乗り物（１０）から取り除き、又は、上記乗り物（１０）が到着する前に、該乗り物に載せることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 監視装置又は制御装置が、各蓄電要素（１４）の充電／放電サイクルの数を検出し、
    予め設定された回数に達したときに、対応する通知を出力することを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の方法。
    

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