KR100669825B1 - 전기 에너지 운반 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 에너지의 운반 장치 및 운반 방법에 관한 것이다. 전기 전도체는 예외없이 이러한 장치들에 사용된다. 그러나 이러한 전기 전도체는 비교적 장거리에 걸쳐 운반하는 데는 단지 제한적으로만 적합한데, 이는 거리가 증가함에 따라 이러한 전도체에서의 손실이 증가하고 장거리의 경우 에너지 운반이 비경제적이기 때문이다.
이러한 측면에서 본 발명의 목적은 목적지에서 소비를 위해 수송 수단 외부에서 전기 에너지가 준비되도록 장거리에 걸쳐 손실할 수 있는 가장 낮은 수준인 전기 에너지 운반 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 전기 에너지 운반 장치는, 복수 개의 축전 요소(14)로 형성되고 수송 수단(10)의 상부 및/또는 내부에 유료하중으로서 배치되는 축전 장치로서, 전기 에너지의 전달 중에 상기 수송 수단의 상부 및/또는 내부에서 유지되는 축전 장치와, 상기 수송 수단이 방전 시 축전 된 전기 에너지를 전달하기 위한 연결부를 구비한 것을 특징으로 한다.
풍력 발전 장치, 전기 에너지, 운반, 축전지, 수송 수단.

Description

전기 에너지 운반 방법{METHOD FOR TRANSPORTING ELECTRIC ENERGY}
본 발명은 전기 에너지의 운반 장치 및 운반 방법에 관한 것이다. 전기 전도체(electrical conductors)는 예외없이 이러한 전기 에너지의 운반 장치들에 사용된다. 그러나 이러한 전기 전도체는 비교적 먼 거리에 걸쳐 운반하는 데는 제한적으로만 적합한데, 이것은 거리가 증가함에 따라 전도체에서의 손실이 증가하고 장거리의 경우 에너지 운반이 비경제적이기 때문이다.
한편, 전기 에너지는 예컨대, 수소(hydrogen)와 같은 소정의 물질을 생산하기 위하여 전기분해(electrolysis)와 같은 화학 공정을 실행하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 물질은 목적지(destination)로 수송되어 거기에서 연료 전지(fuel cell)와 같은 적당한 장치를 통해 다시 전기 에너지로 변환된다. 그러나 이러한 경우 전기 에너지를 이송하는 것이 아니라 에너지 캐리어(carrier)를 운반하는 것이 되고, 한편으로는 에너지 캐리어를 만드는 과정에서 또는 다른 한편으로는 후에 전기 에너지로의 역변환 시에 에너지 손실(loss)이 발생하게 마련이다.
더욱이, 전기 에너지 분야에서 잘 알려진 바와 같이 전기 에너지를 운반할 장치 혹은 적당한 축전 장치(storage device)를 구비한 장치의 작동이 필요하다. 일 예로서, 시동 과정(start-up process)에 요구되는 전기 에너지를 제공하는 납 축전지(lead accumulator)를 구비한 수송 수단(vehicle)을 들 수 있다. 또 다른 실시예로는 작동에 필요한 에너지를 제공하기 위한 축전지를 구비한 휴대 전화기가 있다. 그러나 이러한 예들은 그 유닛 자체가 요구되는 에너지를 적당히 운반하는 것을 포함하는 것에 불과하다.
본 발명에 따르면 휴대 기구의 경우 에너지를 사용 가능하게 하는 것은 축전 장치가 아니며 특히 장거리의 경우 에너지를 운반하는 것에 관련된다.
본 발명의 목적은 목적지에서 에너지가 수송 수단 밖에서 사용될 수 있도록, 목적지까지 장거리에 걸쳐 에너지가 수송되는 동안 수송으로 인한 손실이 가능한 가장 낮은 수준이 되도록 하는 전기 에너지 운반 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이 명세서의 서두 부분에서 설명한 유형의 장치에서 상기 발명의 목적은, 복수 개의 축전 요소(storage elements)로 구성되고 차량의 상부 및/또는 내부에 유료 하중(payload)으로서 설치되는 축전 장치(storage device)에 의해 달성되는데, 전기 에너지를 공급할 때에는 상기 축전 장치는 수송 수단의 상부 및/또는 내부에 두게 되고, 방전 시에는 상기 수송 수단이 충전된 전기 에너지를 전달하는 연결부를 구비하고 있음을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 다음 단계들을 포함하는 방법에 의해 달성된다.
- 축전장치를 전기 에너지로 충전하는 단계;
- 수송 수단을 목적지로 운반하는 단계; 및
- 상기 목적지에서 상기 축전장치를 방전하는 단계.
이러한 측면에서 본 발명은, 이러한 축전 장치가 항상 납 축전지의 경우 상당한 질량(mass)을 포함하는데, 이러한 단점은 전도체를 통해 전기 에너지 형태의 아주 많은 양의 에너지를 운반하고 그에 따라 발생하는 손실과 비교할 때에, 상응하는 큰 크기의 운반 용량을 가지면서도 아주 먼 거리에 걸쳐 운반하는 경우에 극복된다는 인식을 기초로 하고 있다.
본 발명에 따른 축전 요소의 양호한 실시예로서, 축전지(accumulator) 및/또는 캐패시터(capacitor)가 제공됨을 특징으로 한다. 이것들은 종래 흔히 사용되던 축전 요소들이며 널리 사용이 가능하다. 더욱이, 손상 시에 신뢰성 있게 사용 가능한 것을 특징으로 하고 있다.
특히 본 발명의 바람직한 특징으로서, 축전 장치 그룹(storage device group)을 형성하기 위하여 복수의 축전 요소들이 기계적으로 및/또는 전기적으로 함께 결합하는 점을 들 수 있다. 이러한 결합에 의해 이들이 동시에 충전되고 방전 되며, 교체 시에 각각의 축전 요소를 개별적으로 취급하지 아니하고 하나로 취급 될 수 있다. 이는 축전 장치가 매우 많은 수의 축전 요소들을 포함하여 개별적인 축전 요소들에의 접근이 매우 복잡하고 비용이 발생하는 경우 특히 효과적이다. 이러한 경우 검사되는 축전 요소가 포함되는 축전 장치 그룹은 축전 장치로부터 신속히 제거되고 결함이 없는 새로운 축전 장치 그룹으로 교체될 수 있다. 이어서, 수송 수단이 운송 작업을 완료할 수 있으며 최악의 경우에도 약간 지연될 뿐이다.
본 발명의 양호한 실시예로서 수송 수단의 구동은 축전 에너지에 의해 이루어질 수 있다. 이는 수송 수단이 추가적인 축전 장치, 예컨대 연료 탱크 형태를 구비할 필요가 없음을 의미한다. 그러나 비상시 구동을 위해 제한된 연료 공급 및 내연 기관은 함께 구비되어야 한다.
본 발명에 따라 축전 장치를 신속하게 충전 및 방전을 하기 위해서는, 중간 축전 요소가 배치된 고정 저장소가 제공되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 수송 수단은 우선 전하를 중간 축전 장치에 먼저 전달하고 다시 다른 전하를 운반하기 위해 즉시 저장소를 떠난다. 이어서, 필요시에 에너지는 저장소 혹은 중간 축전장치로부터 네트워크에 공급된다.
본 발명의 양호한 실시예로서 복수 개의 축전 요소 및/또는 축전 장치 그룹의 집합적인 연결부가 제공될 수 있다. 이와 같이, 여러 축전 요소들 및/또는 축전 장치 그룹이 동시에 충전되고 방전될 수 있으며, 이로써 각각의 개별 축전 요소에의 전기적인 연결에 필요한 시간을 절약할 수 있다.
특히, 전해액(electrolyte fluid)을 함유한 축전지가 축전 요소로 사용되면 운송 과정 중에는 축전지에 유체가 포함되지 않으므로 유체를 제거함으로써 축전 장치 중량의 상당 부분을 감소시킬 수 있다. 이를 위해 각각의 축전 요소에는 개구(opening)가 형성된다. 이로써, 소요 구동 동력이 감소하거나 수송 수단의 수송 능력이 충분히 이용되면 수송될 에너지의 양은 증가한다.
각각의 축전 요소에서 개별적으로 유체를 배출시키지 않도록 하기 위하여 복수 개의 축전 요소들의 개구들은 수집 도관(collecting conduit)에 의해 같이 연결될 수 있다. 또한, 이에 의해 유체를 채우거나 배출하는데 걸리는 시간을 절감할 수 있다.
유체 배출 시에, 우선 유체는 수송 수단 위의 용기에 수집되며, 이 유체는 축전 요소로부터 배출된 후에 축전 요소들을 채우기 전에 한 번의 작업 동작으로 용기와 함께 수송 수단으로부터 폐기될 수 있으며, 하나의 작업 동작으로 수송 수단에 공급될 수 있으며 예비 처리 혹은 부수 처리 과정이 수송 수단과 관계없이 수송 수단의 운행 스케줄과 관계없이 실행될 수 있다. 배터리 축전 장치를 운반하기 위한 수송 수단이 예컨대 선박이면, 이 선박은 포기되고 저장 용기를 충전한 후에 목적지 포트를 향하여 운행을 시작하며, 전해액은 배터리들로부터 배출되고 용기에(혹은 여러 용기에) 수집된다.
축전 요소로부터 전해액이 배출되면, 용기는 예컨대 화물 적재 장치로 운반되어 유체를 저장 준비시킬 장소로 복귀 운반하는 다른 선박에 적재된다. 적당한 용기 크기에 의해 예컨대 헬리콥터와 같은 항공기에 의해서도 이러한 작업은 수행될 수 있다.
예비 처리 혹은 부수 처리는 예컨대, 내부에 잔류한 물질을 제거하기 위하여 유체를 세척하는 것을 포함한다. 이로써 축전지는 항상 새로운 전해액으로 채워지고 축전지의 사용 수명 증가를 제한하고 효율을 제한하는 슬러지가 침착될 수 없게 된다. 따라서, 축전요소의 사용 수명이 연장되고 높은 성능을 가지게 된다.
본 발명의 효과적인 실시예들이 첨부의 특허청구범위에 기재된다. 본 발명의 예로서의 실시예들이 도면과 관련하여 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
도1은 본 발명에 따른 선적된 축전 장치를 도시한 도면이다,
도2는 본 발명에 따른 축전 장치의 그룹의 실시예를 도시한 도면이다,
도3은 본 발명에 따른 에너지 운반 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 양호한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 축전 장치의 수송 수단으로서의 선박(10)을 도시한다. 상기 축전 장치는 용기(12)에 집단적인 관계로 서로 결합한 복수 개의 축전 요소들로 이루어진다. 용기들(12)은 예컨대, 공지의 사용 가능한 콘테이너 선박의 데크 아래의 화물 공간에 적재되고 데크 위의 화물로서 운반될 수 있는 상업적으로 판매되는 통상의 콘테이너일 수 있다. 이러한 방법을 통해 상당한 정도의 축전 장치들이 선박(10)으로 운반될 수 있다.
축전 장치를 충전하거나 방전하기 위해서는 각각의 용기(12)의 외측에 적당한 연결부를 제공하는 것으로 충분하다. 축전 요소들이 결함이 있는 것으로 밝혀지면 결함이 있는 축전 장치를 지닌 문제의 용기(12)는 적재되지 않고 콘테이너 브릿지 또는 콘테이너 세움대(spreaders)와 같은 표준 적재 설비를 이용하여 대체 용기로 교체될 수 있어서, 축전 요소들이 교체되는 것이 요구되더라도 선박의 적재 대기 시간 언급할 만한 정도로 연장되지 않는다. 상응하는 방식으로 예컨대, 축전요소로서 축전지를 사용하는 경우 전해액 유체는 운반 중에 축전 장치의 중량을 감소시키기 위하여 순서대로 수집 도관들을 통하여 각각의 경우 용기 나름대로 각각 유입되거나 배출된다.
도2는 공간을 채우도록 용기 내에 축전 요소들(14)이 배치된 용기(12)의 부분 절개 도면이다. 도2의 좌측 부분에는 예컨대, 높은 용량의 울트라캡(ultracaps)과 같은 캐패시터 형태의 축전 요소들(14)이 도시되어 있다. 도면의 우측 부분에는 예컨대, 납 축전지와 같은 축전지 형태의 축전 요소가 도시되어 있다. 이는 확실히 축전 장치를 구성하는 방법이 여러 가지 존재함을 보여준다. 기본적으로 적당한 축전 요소(14)를 사용할 수 있다.
도3은 본 발명에 따른 방법을 도시하고 있다. 도면의 좌측 부분은 전기 에너지를 계속 발생하는 풍력 발전 장치(20)를 도시하고 있다. 그 전기 에너지는 제어부(22)를 통해 중간 축전 장치(24)에 저장된다. 선박(10)이나 그 축전 장치(24)가 충전되면, 축전 장치들은 연결 저장소(26)에 연결되고 제어부(22)가 중간 축전장치(24) 및/또는 풍력 발전 장치(20)로부터 연결 저장소(26) 및 선박(10)에 적재된 축전 장치로 전류가 흐르게 한다.
선박(10)에 적재된 축전 장치가 충전되면, 납 축전지의 경우 전해액은 배출, 세척되고 이어서 탱크에 저장될 수 있다. 충전되었으나 전해액은 없는 축전 장치가 적재된 선박(10)은 이어서 목적지 포트를 향하여 운행한다. 목적지에서 재차 연결 저장소(36)에 연결된다. 저장된 필요 전해액이 다시 납 축전지에 채워지고 방전 작동이 시작된다. 이때에, 다시 별개의 제어부(32)에서 우선 축전 장치로부터 중간 축전 장치(34) 및/또는 전기 에너지가 소비될 수 있는 네트워크(30)로 직접 전류가 흐르게 한다.
복귀 운행을 위해 전해액은 다시 그동안 방전된 축전장치로부터 제거될 수 있다. 상기와 같은 본 발명에 의하면 전기 에너지를 장거리로 운반 시에도 중간의 손실이 가장 적게 된다.

Claims (21)

  1. 전기 에너지를 장거리 수송하기 위하여 축전 장치(storage device)를 구비한 전기 에너지 운반 장치로서,
    상기 축전 장치는 복수 개의 축전 요소(14)로 형성되어, 수송 수단(transport vehicle)의 유료 하중(payload)으로서 설치되고,
    상기 축전 장치는 전기 에너지의 전달 중에 상기 수송 수단의 내부에 두고,
    방전시에 축전 된 전기 에너지를 전달하기 위한 연결부(connection)를 구비하여 상기 수송된 전기 에너지가 상기 수송 수단의 외부에서 소비되기 위하여 목적지(destination)에서 상기 수송된 에너지가 제공되는
    것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 축전 요소(14)는 축전지, 캐패시터, 또는 축전지와 캐패시터의 조합 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 축전 요소(14)는 기계적으로, 전기적으로, 또는 기계 및 전기적 방법의 조합 중 어느 한 방법으로 결합하여 축전 장치 그룹(12)을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수송 수단은 상기 축전 된 전기 에너지로 구동되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서, 복수 개의 축전 요소, 축전 장치 그룹, 또는 축전 요소와 축전 장치 그룹의 조합 중 어느 하나를 위한 적어도 하나의 전기 수집 연결부(electrical collection connection)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  8. 제1항에 있어서, 전해액 유체(electrolytic fluid)를 유입하거나 배출하기 위해 상기 각각의 축전 요소(14)에 적어도 하나의 개구부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 축전 요소(14)의 개구부들을 서로 연결하는 하나 이상의 수집 도관(collecting conduit)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수집 도관은 수송 수단 위의 용기 내부와 연통하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전기 에너지 운반 장치는
    상기 각각의 축전 요소를 감시하는 동작,
    상기 축전 요소들의 충전 및 방전 작동을 제어하는 동작,
    상기 전해액 유체를 공급하거나 제거하는 동작,
    위 3개 동작 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 수행하는 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 각각의 축전 요소를 감시하는 동작, 상기 축전 요소들의 충전 및 방전 작동을 제어하는 동작, 상기 전해액 유체를 공급하는 동작 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 수행하는 장치는,
    축전 요소들 중 적어도 하나의 작동 조건을 표시하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 각각의 축전 요소를 감시하는 동작, 상기 축전 요소들의 충전 및 방전 작동을 제어하는 동작, 상기 전해액 유체를 공급하는 동작 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 수행하는 장치는,
    상기 수송 수단 위에 적재 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 각각의 축전 요소를 감시하는 동작, 상기 축전 요소들의 충전 및 방전 작동을 제어하는 동작, 상기 전해액 유체를 공급하는 동작 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 수행하는 장치는,
    적어도 하나의 마이크로프로세서 및 메모리 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 장치.
  15. 수송 수단(transport energy)으로 전기 에너지를 장거리로 운반하는 방법으로서, 상기 수송 수단은 유료 하중(payload)으로서 전기 축전 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전기 에너지를 운반하는 방법에 있어서,
    상기 축전 장치에 전기 에너지를 충전하는 단계;
    상기 수송 수단으로 상기 축전 장치를 목적지로 운반하는 단계; 및
    상기 목적지에서 상기 축전 장치를 방전하여 상기 수송 수단의 외부에서 상기 전기 에너지가 소비를 위해 제공되는 단계
    를 포함하는 전기 에너지 운반 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 축전 장치에 전기 에너지를 충전한 후, 그러나 축전 장치를 목적지로 운반하기 전에, 상기 축전 장치에 저장된 전해액 유체는 제거되고,
    상기 축전 장치를 목적지로 운반한 후, 그러나 전기 에너지의 제거 전에, 상기 전해액 유체가 상기 축전 장치에 유입되는
    것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 전해액 유체가 제거된 후, 그러나 저장 전에, 상기 전해액 유체가 세척(clean)되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 수송 수단이 출발한 후에 전해액 액체를 담은 용기가 상기 수송 수단(10)으로부터 하적되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 운반 방법.
  19. 삭제
  20. 제1항 내지 제4항, 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 전기 에너지 운반 장치를 구비하고, 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 전기 에너지 운반 방법을 수행하는 시스템으로서, 축전 장치를 충방전하거나 또는 전기 에너지를 변환하는 고정 저장소(fixed station)를 구비함을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제1항 내지 제4항, 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 전기 에너지 운반 장치를 구비하고, 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 전기 에너지 운반 방법을 수행하는 시스템으로서, 축전 장치를 충방전하거나 또는 전기 에너지를 변환하는 고정 저장소(fixed station)를 구비하고, 전기 에너지를 중간에서 축전하기 위한 중간 축전 요소를 상기 고정 저장소에 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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