JP2014036221A - 大気中の静電気エネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵システム - Google Patents

Abstract

【課題】大気中に存在する静電気エネルギーを集めて貯蔵するエネルギー貯蔵システムを提供する。
【解決手段】エネルギー貯蔵システムは、主制御局と、機体を有して空中に浮遊できるエネルギー貯蔵素子と、収集ユニットと、貯蔵モジュールと、を備える。主制御局は、エネルギー貯蔵素子と無線通信して、空中でのエネルギー貯蔵素子の移動を制御することができる。収集ユニットは、機体の外表面に配置されており、大気中に存在する静電気エネルギーを集めることに用いられる。貯蔵モジュールは、少なくとも１つの磁気コンデンサ素子を含み、機体の中に配置される。磁気コンデンサ素子は、第１の磁気領域、第２の磁気領域、及び第１の磁気領域と第２の磁気領域との間に配置される誘電領域を有する。誘電領域は１０オングストローム以上の厚さを有する。収集ユニットの集めた静電気エネルギーは、磁気コンデンサ素子に伝送されて貯蔵される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー貯蔵システムに関し、特に、大気静電気エネルギー貯蔵システムに関する。

数年来、人類は、高効率且つ安価で、更に環境を汚染せずに、環境保護の目的を達成できるエネルギー源を探して、日常生活に適用するようにずっと力を尽くしてきた。

地球において、大気及び雷現象には、電気エネルギーが大量に存在している。雷は、１回で約１０^１０レベルのジュールエネルギーを放出できる。雷の放出したエネルギーを集める技術は、既に提案されていた。このエネルギーは、約１０^１２ワットである。しかしながら、雷の放出したエネルギーは、大気静電気エネルギー（ｓｔａｔｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｅｒｇｙ）における小さな一部しか占めておらず、静電気エネルギーが地球の表面で昼夜兼行で、絶え間なく大量に流れているため、このような静電気エネルギーを如何に集めて貯蔵することは、技術者に求められている目標である。

本発明の一態様は、大気中の静電気エネルギーを集めて貯蔵するためのエネルギー貯蔵システム及び方法を提供する。一実施例において、この大気中の静電気エネルギーを集めて貯蔵するエネルギー貯蔵システムは、主制御局と、機体を有して空中に浮遊するエネルギー貯蔵素子と、収集ユニットと、貯蔵モジュールと、を備える。主制御局は、エネルギー貯蔵素子と無線通信して、空中でのエネルギー貯蔵素子の移動を制御することができる。収集ユニットは、機体の外表面に配置されており、大気中に存在する静電気エネルギーを集めることに用いられる。貯蔵モジュールは、少なくとも１つの磁気コンデンサ素子を含み、機体の中に配置される。磁気コンデンサ素子は、第１の磁気領域、第２の磁気領域、及び第１の磁気領域と第２の磁気領域との間に配置される誘電領域を更に有する。誘電領域は、電気エネルギー貯蔵機能を有し、且つ、電気エネルギー漏れを回避するために、少なくとも１０オングストロームの厚さを有する。収集ユニットの集めた静電気エネルギーは、磁気コンデンサ素子に伝送されて貯蔵される。

一実施例において、誘電領域の厚さは、１０オングストローム以上であり、好ましくは１００オングストローム以上であり、特に１００オングストロームである。

一実施例において、前記機体の両端の一方は、尖端を有する。

一実施例において、エネルギー貯蔵素子の浮遊する海抜高度は、約１０００メートル〜８０００メートルである。

一実施例において、導線は、前記収集ユニットに結合されて、前記収集ユニットの集めた静電気を磁気コンデンサ素子に伝送する。

一実施例において、切替素子は、前記導線と前記磁気コンデンサ素子との間に設置される。

一実施例において、制御素子は、機体の中に配置されて、空中でのエネルギー貯蔵素子の移動を制御する。前記制御素子は、主制御局と無線通信できる無線通信システムを有し、磁気コンデンサ素子の充電状態を検出するための検出素子を更に有する。前記磁気コンデンサ素子の充電状態が満充電状態である場合、主制御局は、前記制御素子を制御して、導線と磁気コンデンサ素子との接続を切断するための制御信号を切替素子に送信させる。

一実施例において、１つ又は複数の気球を含むリフト素子は、機体の中に配置される。前記気球には、空気より軽いガスが充填されて、リフト力が発生してエネルギー貯蔵素子を空気に浮遊させる。

一実施例において、収集ユニットは、大気の方向へ突き出すように機体の外表面に配置される複数の収集棒を更に含む。

一実施例において、貯蔵モジュールは、並列接続されて基板に形成される複数の磁気コンデンサを更に含む。前記基板は、第１のコネクタと、第２のコネクタと、を更に含む。前記静電気エネルギーは、第１のコネクタを介して前記磁気コンデンサ素子に充電し、前記磁気コンデンサ素子は、貯蔵された静電気エネルギーを、第２のコネクタを介して外部素子に供給する。

本発明によれば、大気中に存在する静電気エネルギーを効率良く集めて貯蔵するエネルギー貯蔵システムを提供することができる。

下記の図面の説明は、本発明の前記または他の目的、特徴、メリット及び実施例をよりわかりやすくするためのものである。

本発明の好ましい実施例による、静電気エネルギーを集めて貯蔵するシステムを示す模式図である。 本発明の好ましい実施例による、機体を有して空中に浮遊できるエネルギー貯蔵素子を示す模式図である。 本発明の好ましい実施例による、静電気エネルギーを貯蔵するための磁気コンデンサ素子を示す模式図である。 本発明の好ましい実施例による、基板に配置され、静電気エネルギーを貯蔵するための複数の磁気コンデンサ素子を示す模式図である。

本発明の前記及び他の技術内容、特徴、効力について、以下、図面に合わせた好ましい実施形態の詳細な説明に明確に述べる。本発明を詳しく説明する前に、以下の説明において、類似な素子は同じ番号で示すことをことわっておく。

図１は、本発明の好ましい実施例による、静電気エネルギーを集めて貯蔵するシステムを示す模式図である。静電気エネルギー貯蔵システム１００は、機体を有して空中に浮遊できる１つ又は複数のエネルギー貯蔵素子（ａｉｒｂｏｒｎｅ ｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｅｒ；ＡＥＨ）１０１と、主制御局（ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｔｉｏｎ）１０２と、を備える。一実施例において、前記主制御局１０２は、自動車のような交通機関であってよく、他の実施例において、前記主制御局１０２は、船、汽車、牽引トラック又は飛行機であってよい。エネルギー貯蔵素子１０１は、磁気コンデンサ素子からなる軽量なエネルギー貯蔵モジュールを有するリモートコントロール可能な浮遊装置であってよい。ここで、主制御局１０２は、前記エネルギー貯蔵素子１０１の移動をリモートコントロールすることができる。例えば、前記エネルギー貯蔵素子１０１の左右回転、傾き又は転がりを制御することを含むが、これに限定されない。エネルギー貯蔵素子１０１は、雷の発生率が高い高空領域を旋回する。

図２は、本発明の好ましい実施例による、機体を有して空中に浮遊できるエネルギー貯蔵素子を示す模式図である。エネルギー貯蔵素子１０１は、１つ又は複数の収集ユニットと、貯蔵モジュール（ｓｔｏｒａｇｅ ｍｏｄｕｌｅ）１０１２と、制御素子（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と、リフト素子（ｌｉｆｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）１０１４とを含み、一実施例において、前記収集ユニットは、収集棒（ｒｏｄ）１０１１である。一実施例において、前記エネルギー貯蔵素子１０１は、小型軟式飛行船（ｂｌｉｍｐ）や半硬式飛行船（ｓｅｍｉ−ｒｉｇｉｄ ａｉｒｓｈｉｐ）、又は硬式飛行船（ｒｉｇｉｄ ａｉｒｓｈｉｐ）を含む飛行船（ａｉｒｓｈｉｐ）であってよい。ここで、前記エネルギー貯蔵素子１０１は、尾部に設けられる空力安定化装置（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｗｅｒ）を有してよい。エネルギー貯蔵素子１０１は、機体１０１６を更に有する。前記機体１０１６の両側辺１０１７、１０１８の１つ又は両者は、尖端形状を有し、本実施例において、この機体の両側辺１０１７、１０１８の両者とも、尖端形状に形成される。前記尖端形状は、大気の静電気放電現象を引き起こして、放電させて静電気エネルギー（ｓｔａｔｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｅｒｇｙ）を貯蔵モジュール１０１２に貯蔵する。

収集棒１０１１は、大気の方向へ突き出すようにエネルギー貯蔵素子１０１の機体１０１６の外表面に配置される。貯蔵モジュール１０１２、制御素子１０１３及びリフト素子１０１４は、エネルギー貯蔵素子１０１の機体１０１６の中に配置される。収集棒１０１１は、大気中に存在する静電気エネルギーを集めることに用いられる。収集棒１０１１の集めた静電気を貯蔵モジュール１０１２に伝送することに用いられる導線１０１５は、収集棒１０１１に結合される。一実施例において、貯蔵モジュール１０１２は、収集棒１０１１の集めた静電気を、貯蔵モジュール１０１２への充電に適切な電圧に変換するためのエネルギー変換装置を更に含む。例えば、収集棒１０１１の集めた静電気の電圧を低下させて、貯蔵モジュール１０１２に対して充電を行う。

制御素子１０１３は、ユーザーがエネルギー貯蔵素子１０１をリモート監視及び制御できるように、監視制御システムを有する。例えば、ユーザーは、制御素子１０１３をリモートコントロールすることで、エネルギー貯蔵素子１０１の左右回転をリモートコントロールし、又はエネルギー貯蔵素子１０１の旋回高度を調整し、又はエネルギー貯蔵モジュール１０１２の充電プロセスを中断することができる。一実施例において、静電気エネルギーの収集を最適化するために、エネルギー貯蔵素子１０１の旋回高度は、約１０００メートル〜８０００メートルである。制御素子１０１３は、主制御局１０２と無線通信するための通信システム１０１３１を更に有する。制御素子１０１３は、貯蔵モジュール１０１２の充電状況を検出するための検出素子１０１３２を更に有する。

一実施例において、データストリームを、エネルギー貯蔵素子１０１の制御素子１０１３と主制御局１０２との間で伝送することができ、前記データストリームは、貯蔵モジュール１０１２の充電状況及びエネルギー貯蔵素子１０１の旋回高度を含むが、これに限定されない。一実施例において、切替素子１０１５１は、導線１０１５と貯蔵モジュール１０１２との間に設置される。貯蔵モジュール１０１２の充電状態が満充電状態である場合、主制御局１０２は、この制御素子１０１３を制御して、導線１０１５と貯蔵モジュール１０１２との接続を切断するための制御信号を切替素子１０１５１に送信させる。これによって、収集棒１０１１の集めた静電気エネルギーを、導線１０１５を介して貯蔵モジュール１０１２に充電することができなくなる。

リフト素子１０１４は、空気より軽い特性を持つため、リフト力が発生して、エネルギー貯蔵素子１０１を大気中に旋回させることができる。一実施例において、リフト素子１０１４は、１つ又は複数の気球を含む。前記気球には、空気より軽いガスが充填されて、リフト力が発生して、エネルギー貯蔵素子１０１を空気に浮遊させる。充填されたガスは、例えば、ヘリウムガス、水素ガス、熱空気、又は他の空気より軽いガスである。

一実施例において、貯蔵モジュール１０１２は、ケースにパッケージングされる。前記ケースは、周囲環境から隔絶された外殻を有することで、貯蔵モジュール１０１２を、外部環境から汚染されないように保護する。ここで、貯蔵モジュール１０１２は、１つ又は複数の磁気コンデンサ素子２００を含み、磁気コンデンサ素子２００は、巨大磁気容量効果（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔ；ＧＭＣ）を用いたエネルギー貯蔵素子であり、寸法が同じである場合、磁気コンデンサ素子２００の形成した容量値は、標準コンデンサ素子の１０^６〜１０^１７倍である。

図３は、本発明の好ましい実施例による、静電気エネルギーを貯蔵するための磁気コンデンサ素子を示す模式図である。当該磁気コンデンサ素子２００は、第１の磁気領域２１０と、第２の磁気領域２２０と、第１の磁気領域２１０と第２の磁気領域２２０との間に配置される誘電領域２３０と、を含む。誘電領域２３０は、１層のフィルムであり、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）又は二酸化チタン（ＴｉＯ₂）のような誘電材料により構成される。誘電領域２３０は、電気エネルギー貯蔵機能を有する。第１の磁気領域２１０と第２の磁気領域２２０は、磁気双極子を有し、第１の磁気領域２１０と第２の磁気領域２００の異なる方向を有する磁気双極子を配置することで、誘電領域２３０からの電荷の脱離を回避又は低下させることができるため、電気エネルギー漏れを回避又は低下させる機能を有する。ここで、誘電領域２３０は、電気エネルギー漏れを回避又は低下させるように、１０オングストローム（Ａｎｇｓｔｒｏｍ）以上、好ましくは１００オングストローム以上、特に１００オングストロームの厚さを有する。

別の実施例において、図４に示すように、複数の磁気コンデンサ素子２００を一緒に基板２４０に設けて本発明の貯蔵モジュール１０１２を形成することができる。これらの磁気コンデンサ素子２００は、並列接続されてコネクタ２５０とコネクタ２５３に結合される。ここで、コネクタ２５０は、基板２４０に形成され、導線１０１５を結合することに用いられ、収集棒１０１１は、大気中に存在する静電気エネルギーを集めることに用いられる。導線１０１５は、収集棒１０１１に結合され、この収集棒１０１１の集めた静電気を、導線１０１５を介して貯蔵モジュール１０１２に伝送することに用いられる。コネクタ２５３も基板２４０に形成される。これらの磁気コンデンサ素子２００は、貯蔵された静電気エネルギーを、コネクタ２５３を介して外部素子に供給することができる。又、貯蔵モジュール１０１２は、収集棒１０１１の集めた静電気を、磁気コンデンサ素子２００への充電に適切な電圧に変換するためのエネルギー変換装置２６０を更に含む。例えば、収集棒１０１１の集めた静電気の電圧を低下させて、磁気コンデンサ素子２００に対して充電を行う。

操作時、天気予報は大気中の静電気エネルギーの収集に適切である場合、主制御局１０２及び１つ又は複数のエネルギー貯蔵素子１０１が、特定の領域に移動され、そして、１つ又は複数のエネルギー貯蔵素子１０１が空中に送り出されて所定の高度で旋回し、エネルギー貯蔵素子１０１の機体１０１６の外側に設置される収集棒１０１１により大気中の静電気を収集して、エネルギー貯蔵素子１０１の機体１０１６の中に設置される貯蔵モジュール１０１２に対して充電を行う。

本発明では実施形態を前述の通りに開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様な変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、下記特許請求の範囲で指定した内容を基準とする

１００ 静電気エネルギー貯蔵システム
１０１ エネルギー貯蔵素子
１０２ 主制御局
２００ 磁気コンデンサ素子
２１０ 第１の磁気領域
２２０ 第２の磁気領域
２３０ 誘電領域
２４０ 基板
２５０、２５３ コネクタ
２６０ エネルギー変換装置
１０１１ 収集棒
１０１２ 貯蔵モジュール
１０１３ 制御素子
１０１４ リフト素子
１０１５ 導線
１０１６ 機体
１０１７、１０１８ 側辺
１０１３１ 通信システム
１０１３２ 検出素子
１０１５１ 切替素子

Claims (15)

1. 大気中の静電気エネルギーを集めて貯蔵するためのエネルギー貯蔵システムであって、
   少なくとも、
   主制御局と、
   機体を有して空中に浮遊でき、前記主制御局と無線通信して、前記主制御局により空中での移動を制御されることができるエネルギー貯蔵素子と、
   前記機体の外表面に配置されており、大気中に存在する静電気エネルギーを集めるための収集ユニットと、
   第１の磁気領域と、第２の磁気領域と、及び前記第１の磁気領域と第２の磁気領域との間に配置され、電気エネルギー貯蔵機能を有し、１０オングストローム（Ａｎｇｓｔｒｏｍ）以上の厚さを有する誘電領域と、を含む少なくとも１つの磁気コンデンサ素子を含み、前記機体の中に配置される貯蔵モジュールと、
   を備え、
   前記収集ユニットの集めた前記静電気エネルギーは、前記少なくとも１つの磁気コンデンサ素子に伝送されて貯蔵されるエネルギー貯蔵システム。
2. 前記誘電領域の厚さは、１００オングストローム以上である請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
3. 前記機体の少なくとも１つの側辺は、尖端を有する請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
4. 前記エネルギー貯蔵素子の浮遊する海抜高度の範囲は、約１０００メートル〜８０００メートルである請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
5. 導線は、前記収集ユニットに結合されて、前記収集ユニットの集めた前記静電気エネルギーを前記少なくとも１つの磁気コンデンサ素子に伝送する請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
6. 前記導線と前記少なくとも１つの磁気コンデンサ素子との間に設置される切替素子を更に備える請求項５に記載のエネルギー貯蔵システム。
7. 前記機体の中に配置されて、空中での前記エネルギー貯蔵素子の移動を制御する制御素子を更に備える請求項６に記載のエネルギー貯蔵システム。
8. 前記制御素子は、前記主制御局と無線通信できる無線通信システムを更に含む請求項７に記載のエネルギー貯蔵システム。
9. 前記制御素子は、前記少なくとも１つの磁気コンデンサ素子の充電状態を検出するための検出素子を更に含む請求項７に記載のエネルギー貯蔵システム。
10. 前記少なくとも１つの磁気コンデンサ素子の充電状態が満充電状態である場合、前記主制御局は、前記制御素子を制御して、前記導線と前記磁気コンデンサ素子との接続を切断するための制御信号を切替素子に送信させる請求項９に記載のエネルギー貯蔵システム。
11. １つ又は複数の気球を含み、前記機体の中に配置されるリフト素子を更に備え、前記気球には、空気より軽いガスが充填されて、リフト力が発生してエネルギー貯蔵素子を空気中に浮遊させる請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
12. 前記収集ユニットは、大気の方向へ突き出すように前記機体の外表面に配置される複数の収集棒を更に含む請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
13. 前記貯蔵モジュールは、並列接続されて基板に形成される複数の磁気コンデンサを更に含む請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
14. 前記基板は、第１のコネクタと、第２のコネクタと、を更に含み、前記静電気エネルギーは、前記第１のコネクタを介して前記磁気コンデンサ素子に充電し、前記磁気コンデンサ素子は、貯蔵された静電気エネルギーを、第２のコネクタを介して外部素子に供給する請求項１３に記載のエネルギー貯蔵システム。
15. 前記誘電領域の厚さは、１００オングストロームである請求項１３に記載のエネルギー貯蔵システム。
    

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