JP2014036570A - 雷エネルギー貯蔵システム - Google Patents

Abstract

【課題】雷エネルギー貯蔵システムを提供する。
【解決手段】雷エネルギー貯蔵システムは、避雷針と、導線と、雷エネルギー貯蔵装置と、接地棒と、を備える。避雷針は、導線の一端に接続され、雷をひきつけて、雷の持つ雷エネルギーを導線に導くことに用いられる。接地棒は、導線の他端に接続される。雷エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの磁気コンデンサ素子と、切替素子と、を含む。制御信号は、磁気コンデンサ素子の充電状況に応じて、切替素子を制御して、雷エネルギーを、導線及び接地棒を介して地面に導き、又は導線を介して磁気コンデンサに充電することができる。
【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、雷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。

雷は、大気での放電現象である。電界が十分強い場合、雲と雲の間、又は雲と大地の間に放電現象が生じる。雲から地面へ伝送されたのが正電荷である場合、正極性雷（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ）となり、逆の場合に、負極性雷（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ）となる。負極性雷は、平均約３００００アンペアの電流及び１５クーロンの電気量を持ち、ひいては、１２００００アンペアの電流及び３５０クーロンの電気量までも達せる。正極性雷は、発生確率が負極性雷より小さいが、持つ電気量が負極性雷より大きく、平均約３０００００アンペアの電流を持ち、負極性雷の約１０倍ともなる。

そのため、このような雷エネルギーを如何に集めることは、技術者に求められている目標である。

本発明は、電気エネルギーを集めて貯蔵する装置及び方法に関する。

特定の実施例において、本発明は、雷の持つエネルギーを貯蔵するための、エネルギー貯蔵システム及び方法を提供する。当該雷エネルギー貯蔵システムは、避雷針と、導線と、雷エネルギー貯蔵装置と、接地棒と、を備える。避雷針は、導線の一端に接続され、雷をひきつけて、雷の持つ雷エネルギーを導線に導くことに用いられる。接地棒は、導線の他端に接続される。雷エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの磁気コンデンサ素子と、切替素子と、を含む。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、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又は低下させるために、少なくとも１０オングストローム（Ａｎｇｓｔｒｏｍ）の厚さを有する。制御信号は、磁気コンデンサ素子の充電状況に応じて、切替素子を制御して、雷エネルギーを、導線及び接地棒を介して地面に導き、又は導線を介して磁気コンデンサに充電することができる。

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

一実施例において、雷エネルギー貯蔵装置は、磁気コンデンサ素子に対して充電を行うように雷エネルギーの電圧を調整するための、導線に結合される変換器を更に含む。

一実施例において、雷エネルギー貯蔵装置は、周囲環境から隔絶された外殻を有するケースにパッケージングされる。

一実施例において、雷エネルギー貯蔵装置は、磁気コンデンサ素子の充電状態を検出して、前記充電状態に応じて前記制御信号を送信するための検出素子を更に含む。

一実施例において、雷エネルギー貯蔵装置は、基板に形成され、並列接続される複数の磁気コンデンサを更に含む。

一実施例において、雷エネルギー貯蔵装置は、第１のコネクタと、第２のコネクタと、を更に含む。前記雷エネルギーは、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され、前記磁気コンデンサ素子は、貯蔵された雷エネルギーを、第２のコネクタを介して外部素子に供給する。

一実施例において、前記基板に形成され、前記導線に接続される第３のコネクタを更に含む。

一実施例において、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、切替素子は、第１のコネクタを切替して、第３のコネクタに接続させ、前記雷エネルギーを、接地棒を介して地面に導く。また、前記磁気コンデンサ素子の充電状態が非満充電状態である場合、切替素子は、第１のコネクタを切替して、前記磁気コンデンサ素子に接続させ、前記雷エネルギーを、前記磁気コンデンサ素子に充電する。

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、雷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、雷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、基板に設置されて雷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。 本発明の好ましい実施例による、雷エネルギー貯蔵装置を示す模式図である。 本発明の別の好ましい実施例による、雷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例の詳細の説明にはっきりと表現できる。本発明を詳しく説明する前に、注意すべきなのは、以下の説明において、類似な素子を同じ番号で示す。

図１は、本発明の好ましい実施例による、雷エネルギーを集めて貯蔵するためのシステムを示す模式図である。当該貯蔵雷エネルギーシステム１００は、１つ又は複数の避雷針（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｒｏｄ）１０１と、１つ又は複数の雷エネルギー貯蔵装置（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｅｒ）１０３と、接地棒（ｇｒｏｕｎｄ ｒｏｄ）１０４と、を備える。避雷針１０１は、雷をひきつけて、雷の持つ雷エネルギーを伝送することに用いられる。避雷針１０１の材料は、金属又は金属化物質である。一実施例において、避雷針１０１は、建築物２００の先端部分に取り付けられる。別の実施例において、図５に示すように、避雷針１０１は、タワー２０１の先端部分に取り付けられる。避雷針１０１、雷エネルギー貯蔵装置１０３及び接地棒１０４の間を、導線１０２で接続する。導線１０２は、雷エネルギーを、導線１０２及び接地棒１０４を介して地面に導いて放電し、又は導線１０２を介して雷エネルギー貯蔵装置１０３に伝送して貯蔵することができる。

一実施例において、雷エネルギー貯蔵装置１０３は、ケースにパッケージングされ、且つ、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、雷エネルギー貯蔵装置１０３を、外部環境から汚染されないように保護する。ここで、雷エネルギー貯蔵装置１０３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２は、本発明の好ましい実施例による、雷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ことができる。ここで、誘電領域２３０は、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（Ａｎｇｓｔｒｏｍ）、少なくとも１００オングストローム又は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３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に設けて本発明の雷エネルギー貯蔵装置１０３を形成することができる。基板２４０には、導線１０２を接続するためのコネクタ２５０を有する。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に結合されることで、避雷針１０１及び導線１０２から伝送された雷エネルギーを受信する。基板２４０において、これらの磁気コンデンサ素子２００を結合するための別のコネクタ２５３を更に有し、これらの磁気コンデンサ素子２００は、貯蔵された雷エネルギーを、コネクタ２５３を介して外部素子に供給することができる。

別の実施例において、図４が示すのは、本発明の好ましい実施例による、雷エネルギー貯蔵装置１０３を示す模式図である。雷エネルギー貯蔵装置１０３は、エネルギー管理モジュール２６０を更に含む。エネルギー管理モジュール２６０は、コネクタ２５１を介して導線１０２に接続されることができ、またコネクタ２５２を介して接地棒１０４に接続されることができる。エネルギー管理モジュール２６０は、検出素子２６０１と、切替素子２６０２とを更に有する。検出素子２６０１は、磁気コンデンサ素子２００の充電状態を検出して、当該充電状態に応じて制御信号を送信することに用いられる。一実施例において、検出素子２６０１は、これらの磁気コンデンサ素子２００の充電状態が、例えば満充電状態の９５％のような設定値を超えることを検出した場合、制御信号を送信して、切替素子２６０２を制御してコネクタ２５１からコネクタ２５２へ切替し、この雷エネルギーを、接地棒１０４を介して地面に導く。例えば、雷の時、避雷針１０１を介して導かれた雷エネルギーを、導線１０２を介して、雷エネルギー貯蔵装置１０３のコネクタ２５１によって、磁気コンデンサ素子２００に充電することができる。検出素子２６０１は、磁気コンデンサ素子の充電状態をリアルタイムに検出し、これらの磁気コンデンサ素子２００の充電状態が満充電状態の９５％を超えることを検出した場合、制御信号を送信して、切替素子２６０２を制御してコネクタ２５１からコネクタ２５２へ切替する。この場合、避雷針１０１を介して導かれた雷エネルギーが地面に導かれ、磁気コンデンサ素子２００の過充電を避ける。又、一実施例において、エネルギー管理モジュール２６０は、磁気コンデンサ素子２００に対して充電を行うように雷エネルギーの電圧を調整するための、導線に結合される変換器２６０３を更に含む。

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 雷エネルギー貯蔵システム
１０１ 避雷針
１０２ 導線
１０３ 雷エネルギー貯蔵装置
１０４ 接地棒
２００ 建築物
２０１ タワー
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、２５１、２５２、２５３ コネクタ
２６０ エネルギー管理モジュール
２６０１ 検出素子
２６０２ 切替素子
２６０３ 変換器

Claims (12)

1. 少なくとも、
   雷をひきつけて、雷の持つ雷エネルギーを伝送するための避雷針と、
   前記避雷針に結合される導線と、
   第１の磁気領域、第２の磁気領域、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、少なくとも１０オングストローム（Ａｎｇｓｔｒｏｍ）の厚さを有する誘電領域を含む少なくとも１つの磁気コンデンサ素子と、切替素子と、を含み、前記導線に結合される雷エネルギー貯蔵装置と、
   前記導線に結合される接地棒と、
   を備え、
   制御信号は、前記少なくとも１つの磁気コンデンサ素子の充電状況に応じて、前記切替素子を制御し、前記雷エネルギーを、前記導線及び前記接地棒を介して地面に導き、又は前記導線を介して前記少なくとも１つの磁気コンデンサ素子に充電することができる雷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に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
3. 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２に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
4. 前記雷エネルギー貯蔵装置は、前記少なくとも１つの磁気コンデンサ素子に対して充電を行うように前記雷エネルギーの電圧を調整するための、前記導線に結合される変換器を更に含む請求項１に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
5. 前記雷エネルギー貯蔵装置は、周囲環境から隔絶された外殻を有するケースにパッケージングされる請求項１に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
6. 前記雷エネルギー貯蔵装置は、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して、前記充電状態に応じて前記制御信号を送信するための検出素子を更に含む請求項１に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
7. 前記少なくとも１つの磁気コンデンサ素子は、並列接続される複数の磁気コンデンサ素子を更に含む請求項１に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
8. 前記複数の磁気コンデンサ素子は、基板にある請求項７に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
9. 前記基板は、第１のコネクタと、第２のコネクタを更に含み、前記雷エネルギーは、前記第１のコネクタを介して前記複数の磁気コンデンサ素子に充電され、前記複数の磁気コンデンサ素子は、貯蔵された前記雷エネルギーを、前記第２のコネクタを介して外部素子に供給する請求項８に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
10. 前記基板には、前記接地棒に接続される第３のコネクタを更に含む請求項９に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
11. 前記複数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、前記切替素子は、前記第１のコネクタを切替して、前記第３のコネクタに接続させ、前記雷エネルギーを、前記接地棒を介して地面に導く請求項１０に記載の雷エネルギー貯蔵システム。
12. 前記複数の磁気コンデンサ素子の充電状態が非満充電状態である場合、前記切替素子は、前記第１のコネクタを切替して、前記複数の磁気コンデンサ素子に接続させ、前記雷エネルギーを、前記複数の磁気コンデンサ素子に充電する請求項１０に記載の雷エネルギー貯蔵システム。

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