KR101933030B1 - 에너지를 저장하고 방출하는 스케일러블한 장치 - Google Patents

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요헨 슈타인만
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필립 레빌락
요하네스 아멘드
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밥콕 노엘 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 배기되어 진공(12)이 될 수 있는 하우징, 샤프트(17) 상에 있는 적어도 하나의 플라이휠 매스(2), 적어도 하나의 수동 초전도성 레이디얼 베어링, 및 모터와 발전기를 구성하는 전기 기계(24)를 포함하며, 냉각 표면이 진공 용기(11)에 배치되어 진공(12)을 안정화시킬 수 있는, 에너지를 저장하고 방출하는 스케일러블한 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 에너지 손실을 최소화하면서 효율적으로 및 비용 효과적으로 동작하고, 스케일러블하며, 산업 환경에서 사용될 수 있는 만큼 충분히 안전한 요소를 더 구비하는 에너지 저장 장치를 제공하는 잇점을 구비한다.

Description

에너지를 저장하고 방출하는 스케일러블한 장치{SCALABLE DEVICE AND ARRANGEMENT FOR STORING AND RELEASING ENERGY}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 장치에 관한 것이다.
본 발명은 비용-효율적인 방식으로 저장된 에너지를 짧은 시간 내에 이용가능하게 만들 수 있는 곳이라면 어디나 사용될 수 있다.
전력망의 안정성은 공급 에너지와 인출 에너지 사이의 균형에 크게 의존하기 때문에, 에너지의 저장은 새로운 에너지 소스를 개발하는 과정에 있는 현대 사회에 가장 중요한 질문 중 하나이다. 태양 에너지와 풍력 에너지와 같은 재생가능한 에너지는 에너지를 생산하지만 생산량이 일관적이지 않다. 따라서, 생산량이 과도할 때 에너지를 분별 있게 저장하고, 생산량이 불충분할 때 큰 손실 없이 전력망에 에너지를 다시 공급할 수 있는 방법에 대한 기본적인 질문이 제기된다. 본 발명은 이에 대한 해법을 제안한다. 추가적인 적용은 전력 품질(Power Quality)이라고 불리우는 것이다. 전력망에 잠시만 변동이 있더라도 이는 산업, 연구 및 의료 분야에서 민감한 전기 장비를 손상시킬 수 있고, 또는 이러한 기계가 전력 변동이 있는 경우에 기계를 셧다운(shut down)시키는 보호 메커니즘을 가지고 있기 때문에 다운 시간(down time)을 연장시킬 수 있다. 기계의 시동에는 수 시간이 소요될 수 있어서 상당한 경제적인 손실을 초래할 수 있다. 여기서 제안된 것과 같은 발명은 이러한 기계에 선행하여 전력망의 정전(failure)을 보상하여, 보호 메커니즘이 제일 먼저 트리거되지 않게 할 수 있다. 본 발명의 추가적인 적용은 UPS(Uninterruptible Power Supply) 시스템이라고 불리우는 분야에 있다. 이들 응용은 정전 방지 전력 네트워크이다. 이런 이유로, 본 발명은 정전을 교정할 때까지 저장된 에너지를 이용하게 하거나, 또는 예를 들어, 디젤 발전기와 같은 추가적인 비상 발전 소스로 교체하여, 네트워크에 추가적인 전력 공급을 수행할 수 있게 한다.
기본적으로 에너지를 제공하기 위하여, 펌프 저장 발전 장치 또는 압축 공기 에너지 저장 유닛과 같은 개념이 설명된다; 전력 품질 분야에서, 표준으로 사용된 제품이 현재 없고, UPS 시스템 분야에서, 화학적 배터리(재충전가능한 배터리) 또는 종래의 플라이휠 저장 유닛이 사용된다.
다음은 선행 기술의 예시이다:
DE 197 09 674 C1는, 배기되어 진공이 될 수 있는 하우징 및 초전도 평면 베어링으로 구성되고, 다중 플라이휠 매스가 복잡한 구조로 부착될 수 있는, 에너지를 저장하고 방출하는 장치를 기술하고 있다.
DE 42 00 824 A1는, 로터의 샤프트가 로터의 마운팅의 외부에 놓이는 평면 브레이킹 포인트를 가지는 전기 역학 플라이휠 저장 유닛을 기술하고 있다.
EP 237 397 A1는, 플라이휠 저장 유닛이 다중 전기 기계를 가지는 에너지를 저장하고 방출하는 장치를 기술하고 있다.
GB 2 305 992 A는, 배기되어 진공이 될 수 있는 하우징 및 플라이휠 매스를 포함하고, 안전 용기가 진공 용기의 지지 구조와 자유 작동 가능하게 연결되는, 에너지를 저장하고 방출하는 장치를 기술하고 있다.
펌프 저장 유닛 또는 압축 공기 저장 유닛과 같은 저장 개념은 매우 크고 복잡한 시스템이어서 매우 고가이다. 그리하여 이들은 매우 많은 양의 에너지를 저장하는 데에만 적절하고; 나아가, 이 개념은 국부적인 지리적 조건에 크게 의존하여, 어디에서나 사용될 수 있는 것은 아니다. UPS 분야에서 대부분 널리 사용되는 배터리는 대부분 재충전가능한 납 배터리이어서, 처분하는 것이 복잡하고 환경 친화적이 아니다. 나아가, 배터리는 전력과 동작 시간이 연결되어 있어서 일반적으로 오버사이즈로 제공된다. 사용되는 능력에 대해 명료함이 없는 경우, 이들은 교체되어야 한다. 종래의 플라이휠 저장 유닛은 일반적으로 접촉 없는 방식으로 장착된 것이 아니어서, 마찰이 발생하여 많은 에너지의 손실을 초래한다. 시장에서 이용가능한 자기 장착부를 갖는 현재 플라이휠 저장 유닛은 안정화를 위해 시스템을 추가적으로 능동 제어하는 것에 의존한다. DE19709674C1 또는 DE19643844C1에서와 같은 초전도성 장착부에 기초한 마찰 없는 플라이휠 저장 유닛을 구현하는 개념이 자주 제안되었으나, 시스템에 이들을 실제 사용하는 일은 없었다. 이것은, 예를 들어, 진공의 타이트함과 같은 브레이크다운(breakdown)의 안전 측면으로 인해 또는 플라이휠 매스(flywheel mass)의 부분들이 고속 회전시에 느슨해져서 발사(projectile)될 수 있는 경우이다.
나아가, 이 시스템은 일반적으로 복잡한 구조를 구비하고 스케일링되는 것이 곤란할 수 있다.
따라서, 본 발명의 과제는, 사이즈, 전력, 저장 용량 및 안전 규정 면에서 상이한 적용들을 위해 스케일링될 수 있고, 무접촉 자기 수동 장착에 의해 큰 손실없이 작동하는, 플라이휠에 기초한 에너지를 저장 장치를 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명은 현재 에너지 저장 개념에 대해 탄력적으로 사용할 수 있는 비용 효율적인 대안을 제공하는 것이다.
본 과제는 청구범위 제1항의 특성에 따른 장치에 의하여 달성된다.
종속항은 본 발명의 유리한 실시 형태를 제공한다.
본 발명에 따른 해법은, 진공 용기와 같이, 배기되어 진공이 될 수 있는 용기, 샤프트 상에 있는 적어도 하나의 플라이휠 매스, 예를 들어 레이디얼 베어링과 같은 적어도 하나의 수동 초전도성 레이디얼 베어링, 및 발전기와 모터를 모두 나타내는 전기 기계로 구성된, 에너지를 저장하고 방출하는 스케일러블한 장치로 구성된다.
따라서, 이 시스템은 플라이휠 매스 및 베어링과 전기 기계의 회전자 유닛이 배치된, 수직으로 배열된 샤프트로 구성된다. 또한, 전기 기계가 이 시스템 내에 배치되는데, 이 전기 기계는 샤프트 뿐만 아니라 모터를 구동할 수 있고, 또 발전기로서, 시스템에 에너지를 공급할 수도 있다. 또한, 이 시스템은 샤프트의 단부에 근접하여 2개의 초전도성 베어링을 구비하여, 샤프트에 마찰 없는 회전을 제공한다. 베어링을 냉각시키고 회전자의 마찰 저항을 감소시키기 위하여 시스템을 감소된 압력에서 동작시키거나, 또는 심지어 더 우수하게는, 진공에서 동작시키는 것이 유리하다. 이를 위해, 이 시스템은 용기 내에 위치되어야 한다. 또한, 매우 가속된 입자들이 시스템으로부터 빠져나가는 것을 방지하는 안전 용기가 이 시스템 내에 배치된다. 또한, 플라이휠 매스와 접촉이 일어나는 문제가 발생하면, 플라이휠 매스의 에너지를 감소시키게 도와준다. 안전 용기는 하나 이상의 고정 요소들이 그 사이에 배치된 상부 및 하부 커버 요소들로 구성되고, 이 상부 및 하부 커버 요소들은 박판을 위한 리세스(recess)를 구비한다. 이들 요소는 금속 또는 섬유 복합 물질로 구성될 수 있다. 박판은 리세스에 삽입되고 단부가 링에 근접한다. 박판은 하나의 부품 또는 개별 요소들로 구성될 수 있다. 이들 요소는 보강된 돔 형태를 가지도록 조인트에 의하여 연결될 수 있다. 이들 요소는 금속 또는 섬유 복합 물질로 구성될 수 있다. 또한, 이들 요소는 블록으로 구성되거나, 또는 공동을 가질 수 있다. 추가적인 물질이 박판의 공동의 충전 볼륨에 삽입되어 발사체를 제동하는데 사용될 수 있다. 또한, 댐핑 물질, 예를 들어 연성 금속, 섬유 복합 물질 또는 폴리머들이 박판과 고정 요소들 사이에 삽입될 수 있다. 연결봉에 의하여 다른 부분에 나사 결합되는 커버 링이 배열의 상하에 배치된다. 전체 안전 용기는, 예를 들어 홀딩 구조물에 설치되어, 챔버에 견고히 연결되거나, 또는 자유로이 동작하는 방식으로 삽입될 수 있다. 이 용기는 플라이휠 매스와 접촉할 때 플라이휠 매스와 회전할 수 있다. 안전 용기는 또한 고정 요소의 개별 세그먼트 또는 상부 및 하부 커버 판으로 구성될 수 있다.
냉각 표면이 시스템에 제공된다. 이에 의해 용기 내 잔류 가스의 일부가 이 냉각 표면에서 동결(freeze)될 수 있어서 용기 내에 진공이 일어나는 것을 지원한다. 또한 용기의 틈을 통해 공기가 진공 내로 흐르는 경우, 이 냉각 표면은 시스템이 셧다운될 수 있도록 시스템 내 압력의 증가를 늦출 수 있다. 이런 방식으로, 진공 펌프와 영구적인 연결이 회피되어, 비용을 감소시킬 수 있다. 냉각 표면은 열 전달을 위해 전도, 대류 또는 열 음향 효과를 사용하는 연결 요소에 의해 직접 냉각 소스와, 또는 초전도성 베어링의 냉각 맨틀과 연결된다. 외벽을 향하는 측은 반사 수단을 사용하여 복사에 의하여 열을 도입을 차단할 수 있다. 또한, 시스템을 더 빨리 가열하기 위하여, 예를 들어 전류를 인가하는 와이어에 의하여 표면을 가열할 수 있다.
하나 이상의 극저온냉동기(cryocooler) 또는 극저온제(cryogenic agent), 예를 들어 액체 질소로 충전된 챔버가 시스템의 냉각 소스로 사용될 수 있다. 이를 위하여, 챔버는 추가적으로 외부 극저온 회로와 연결되거나, 또는 극저온냉동기에 의하여 냉각될 수 있다. 냉각 표면은 플라이휠 매스에 대해 방사방향으로 및/또는 초전도성 베어링에 대해 방사방향으로 배열될 수 있는데, 예를 들어, 바람직하게는 초전도성 베어링에 타이트하게 연결될 수 있다.
시스템의 플라이휠 매스는 바람직하게는 CFC로 구성된다. 이런 방식으로, 더 높은 회전 속도를 견딜 수 있다. 그러나, 플라이휠 매스는 다른 섬유 복합 물질로 구성될 수 있다.
2개의 초전도성 베어링이 시스템을 마찰 없이 장착하는데 사용된다. 그러나, 초전도성 베어링 및 영구 자석 베어링을 조합한 것이 사용될 수 있다.
초전도성 베어링은 축방향 및 방사방향의 강성을 나타내는 레이디얼 베어링이다. 또한, 초전도성 베어링은, 수동으로, 다시 말해, 능동적인 제어 없이 동작하는 잇점이 있고, 다시 말해, 이 베어링은 그 물리적 특성에만 기초하여 시스템에 안정성을 부여한다. 이것은 영구 자석 베어링으로만 구성된 배열에서는 가능하지 않다.
초전도성 베어링은 시스템에 안정성을 부여한다. 냉각 동안, 영구 자석으로 구성된, 회전자 측에 대응하는 부품의 자기장이 고온 초전도체의 구조물 내로 동결된다. 이 구조물이 변화화면, 다시 말해, 회전자가 움직여 그 위치가 벗어나면, 자기 베어링으로부터 반작용 힘을 받는다. 이런 방식으로, 회전자는 그 위치가 안정화된다. 바람직하게는, 중실 물질로 이트륨 바륨 구리 산화물(YTTRIUM BARIUM COPPER OXIDE)이 초전도성 물질로 사용된다. 그러나, 다른 희토류(RARE EARTH BARIUM COPPER OXIDE)를 갖는 구리 산화물 세라믹도 사용될 수 있고, 또는 비스무스 스트론튬 칼슘 구리 산화물(bismuth strontium calcium copper oxide), 또는 마그네슘 다이보라이드(magnesium diboride)와 같은 물질도 사용될 수 있다. 초전도성 베어링은 냉각되어야 하므로, 기계에 열이 생성되면, 초전도성 베어링으로 기능하는 성능에 영향을 미치기 때문에, 이 베어링을 전기 기계 및 메인 베어링으로부터 공간적으로 분리하는 것이 유리하다. 베어링은 열 전달을 위해 전도, 대류 또는 열 음향 효과를 사용하는 적절한 수단에 의해 냉각 소스와 연결된다. 이것은 가장 간단하게는 구리로 만들어진 케이블에 의하여 수행될 수 있다.
또한, 회전자-측 베어링 성분은, 발생하는 원심력에 의하여 구조물로 가압되므로 외부 회전자로 구성하는 것이 유리하다.
외부 회전자로 구성된 실시예에서, 이들 베어링 성분은 복잡한 방식으로 접착되고 결합될 필요가 없다.
이들 베어링 성분이 내부 회전자로 구성되는 경우, 이들 베어링 성분은 적절히 접착되고 결합되어야 한다.
베어링은 내부 회전자로 뿐만 아니라 외부 회전자로 구성될 수 있다. 또한, 냉각 표면과 같이, 베어링은 유지 보수를 위하여 가열을 가속시키는 가열 유닛을 구비할 수 있다.
스케일링이 필요한 경우, 다른 작은 베어링이 안정화를 위해 샤프트를 따라 배치될 수 있다.
전기 기계는 시스템을 모터로 뿐만 아니라 발전기로 기능하게 하여, 시스템의 입력 에너지 및 인출 에너지를 조절한다. 이 전기 기계는 회전자에 영구 자석을 갖는 전기 기계로 뿐만 아니라 회전자에 영구 자석이 없는 전기 기계로 구성될 수 있다. 회전자에 영구 자석이 없는 전기 기계는, 와전류에 의해 야기되는 손실이 감소될 수 있어서 장시간 동안 플라이휠이 아이들(idle)에 있는 경우 선호된다. 공기, 물, 기름 또는 다른 유체들이 전기 기계의 고정자의 냉각에 사용될 수 있다. 열 전달을 위해 열 음향 효과를 사용하는 수단을 더 사용할 수 있다. 전기 기계는 플라이휠 매스 위에 또는 아래에 배치될 수 있으나, 2개의 초전도성 베어링들 사이에 위치되어야 한다.
전기 기계는 플라이휠 매스 위와 플라이휠 매스 아래에 위치되도록 분할될 수 있다. 이런 방식으로, 2개 이상의 전기 기계가 시스템 내에 배치될 수 있다.
일반적으로, 플라이휠 매스의 평면에 대해 대칭으로 이용가능한 배열이 선호된다.
전기 기계는 내부 회전자로 뿐만 아니라 외부 회전자로 구성될 수 있다. 외부 회전자의 경우에, 전기 기계는 실제로 플라이휠 매스에 통합될 수 있다.
시스템의 이러한 구조에 의하여, 에너지 손실을 최소화하면서 효율적으로 및 비용-효율적으로 작동하고, 스케일러블하며, 산업 환경에서 사용될 수 있을 만큼 충분히 안전한 요소를 구비하는 에너지 저장 유닛이 제공된다.
이하에서는, 본 발명을 7개의 도면 및 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 개별 요소들로 구성된 박판을 갖는 고정 요소를 위에서 본 것을 도시하는 도면,
도 2는 도 1의 상세 확대도,
도 3은 안전 용기의 사시도,
도 4는 회전자 유닛이 극저온냉동기를 갖는 내부 회전자로 구조화된, 플라이휠 저장 유닛으로 구현된 본 발명에 따른 구성의 개략도,
도 5는 회전자 유닛이 극저온냉동기를 갖는 외부 회전자로 구조화된, 플라이휠 저장 유닛으로 구현된 본 발명에 따른 구성의 개략도,
도 6은 회전자 유닛이 2개의 모터를 갖는 극저온냉동기를 갖는 외부 회전자로 구조화된, 플라이휠 저장 유닛으로 구현된 본 발명에 따른 구성의 개략도,
도 7은 회전자 유닛이 극저온제에 의하여 냉각되는 내부 회전자로 구조화된, 안전 용기 없는 플라이휠 저장 유닛으로 구현된 본 발명에 따른 구성의 개략도이다.
도 1은 고정 요소(1)의 상부면을 도시한 것으로, 고정 요소(1)의 리세스에 박판(3)을 구비하고, 박판(3)은 아크 형상으로 배치되고 개별 요소들로 구성된다. 링-형상의 고정 요소(1)는 플라이휠 매스(2) 주위에 링을 형성하고, 부품들이 외부로 이탈하는 것을 방지한다. 고정 요소(1)는 연결봉을 위한 홀(4) 및 리세스(5)를 구비하여, 안전 장치가 홀딩 구조물에 삽입될 수 있다.
도 2는 도 1의 상세 확대도를 도시한 것으로, 고정 요소(1)의 리세스에 있는 박판(3)은 다수의 요소(7)로 구성되고, 이 다수의 요소(7)는 연결 조인트(6)에 의하여 서로 연결되어 있으며, 이 다수의 요소(7)는 내부에 충전물이 존재하는 공동(8)을 구비하여, 플라이휠 매스(2)의 부품들이 안전 디바이스로 가속되는 경우에, 부품들의 신속히 제동이 보장된다.
도 3의 사시도에 도시된 바와 같이, 안전 용기는 연결봉(9)에 의하여 서로 연결된 상부 및 하부 커버(10)를 구비하고, 본 예에서는 상부 및 하부 커버(10) 사이에 2개의 고정 요소(1)가 배치되며, 이들 요소는 박판(3)을 그 간격으로 홀딩한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 충전 또는 댐핑 요소(8)는 개별 요소(7)의 공동에만 배치되는 것이 아니라 고정 요소의 홀 및 이 홀 내에 위치된 연결봉(9) 사이에도 배치될 수 있다. 도 3의 사시도에 도시된 안전 용기는 세그먼트 방식으로 구성될 수 있는데, 즉 커버 링(10) 뿐만 아니라 고정 요소(1)들이 개별 섹션 또는 세그먼트로 구성될 수 있다.
도 3의 안전 용기는, 플라이휠 저장 유닛과 같이, 예를 들어 도 4에 개략도로 도시된 바와 같이 극저온냉동기(18)를 갖는 내부 회전자를 구비하는 회전자 유닛으로서, 본 발명에 따른 구성에 유리하게 사용될 수 있다. 도 4는 플라이휠 매스(2)를 도시하고 있는데, 이 플라이휠 매스(2)는 샤프트(17) 둘레를 회전하고 내부에 진공(12)이 형성된 진공 용기(11)에 배치된다. 샤프트(17)는 양측에 베어링의 회전자 유닛(15)을 구비하고, 이 베어링은 에징(edging)(14) 내에 초전도성 요소(16)를 양측에 구비하는데, 이 에징은 초전도성 베어링의 냉각 맨틀을 나타내고, 진공 용기(11)의 외부에 위치된 극저온냉동기(18)에 의하여 냉각된다. 극저온냉동기(18)로부터, 베어링의 에징(14)의 극저온냉동기(18) 내 냉각 연결부(19)에 의하여 베어링으로 냉각이 일어나는데, 진공 용기(11)와 냉각 맨틀의 에징(14) 사이 양측에는 지지물(13)이 배치된다. 안전 용기는 박판(3), 고정 요소(1) 및 커버 링(10)으로 구성되고, 플라이휠 매스(2)를 보호하도록 둘러싸며, 이를 위해 안전 용기가 홀딩 구조물(22)에 의하여 진공 용기(11)에 부착된다. 유리하게는, 안전 용기와 진공 용기(11) 사이의 이러한 부착은 안전 용기가 홀딩 구조물을 따라 회전할 수 있도록 구성되어, 플라이휠 매스(2)로부터 멀리 가속되는 부품들의 에너지가 안전 용기가 파괴됨이 없이 보다 신속히 흡수될 수 있다.
홀딩 구조물(23)을 갖는 전기 기계(24)가 플라이휠 저장 유닛의 본질적인 부분으로 제공되고, 홀딩 구조물(23)은 전기 기계(24)를 진공 용기(11)에 연결한다. 전기 기계(24)의 회전자 유닛(26) 및 고정자 유닛(25)은 샤프트(17) 상에 전기 기계(24)와 대향하여 배치된다.
특히 유리하게는, 초전도성 베어링의 에징(14) 및 냉각 맨틀 위에 냉각 표면(21)이 배치되고, 그 위에 표면 가스 입자들이 진공에서 동결되어 진공을 증가시키거나 안정화시킨다. 냉각 표면(21)은 후면에 단열재(20)를 구비한다. 이런 방식으로, 냉각 표면은 이 방향으로 에너지를 상실하는 것이 방지된다.
도 5는 극저온냉동기(18)를 갖는 외부 회전자를 구비하는 회전자 유닛으로 구조화된 플라이휠 저장 유닛으로 구현된 본 발명에 따른 구성을 도시한다. 전체 장치는 진공 용기 내 샤프트(17) 상에 위치되는데, 이 샤프트는 양 단부에 베어링의 초전도성 요소(16)를 갖는 냉각 맨틀의 에징(14)을 둘러싸고, 이 영역에 베어링의 회전자 유닛(15)을 구비한다. 냉각 맨틀의 에징(14)은 지지물(13)에 의하여 양측에서 진공 용기와 연결된다. 극저온냉동기(18)는 하우징의 외부에 위치되고 베어링과 냉각 연결부(19)을 구비한다. 플라이휠 매스(2)는 본 경우에 안전 용기로 둘러싸이고, 이 용기는 박판(3), 고정 요소(1) 및 커버 링(10)으로 구성되고, 홀딩 구조물(22)에 의하여 진공 용기(11)와 연결된다. 본 실시예에서도, 유리하게는 단열재(20)를 구비하는 냉각 표면(21)이 제공되고, 이 냉각 표면(21)은 냉각 맨틀을 위한 에징(14)을 위한 냉각 연결부(27)을 구비한다. 회전자 유닛(26)이 플라이휠 매스(2)에 배치되고, 이 회전자 유닛은 전기 기계(24)의 고정자 유닛(25)과 대향하여 배치된다. 전기 기계(24)는 홀딩 구조물(23)에 의하여 진공 용기(11)와 연결된다.
다른 유리한 변형 실시예가 도 6에 개략도로 도시되어 있으며, 플라이휠 매스(2)를 갖는 플라이휠 저장 유닛이 제공되고, 회전자 유닛이 외부 회전자로 구조화되어 있다. 극저온냉동기(18), 냉각 표면(21)과 그 단열재(20), 및 냉각 연결부(27)는 도 5와 유사한 방식으로 구성되어 있다. 플라이휠 매스 주위 안전 용기에 대해서도 동일하며, 플라이휠 매스(2)는 양측에 회전자 유닛(26)을 구비하고, 이와 마주하여 전기 기계(24)의 고정자 유닛(25)이 배치되고, 전기 기계(24)가 안전 용기의 양측에 배치되고, 홀딩 구조물(23)에 의하여 진공 용기(11)와 연결된다.
도 7에 도시된 다른 예시적인 실시예에서, 본 발명에 따른 플라이휠 저장 유닛의 구조는 안전 용기가 없으며, 냉각 표면(21)에 단열재(20)가 제공되고, 액체 질소(29)의 챔버(28)가 냉각시키는데, 다시 말해, 극저온냉동기가 아니라 극저온제가 냉각 표면(21)을 냉각시킨다. 회전자 유닛(26)은 내부 회전자로 구조화되는데, 다시 말해, 회전자 유닛(26)은 샤프트(17) 위에 전기 기계(24)의 고정자 유닛(25)과 마주하여 배치되며, 이 전기 기계는 홀딩 구조물(23)에 의하여 진공 용기(11)와 연결된다. 초전도성 요소(16)는 양측에 베어링의 회전자 유닛(15) 및 양측에 샤프트(17)과 마주하여 배치되고, 이 경우에 초전도성 베어링의 에징(14)은 지지물(13)에 의하여 진공 용기(11)와 연결된다.
1 : 리세스를 갖는 고정 요소
2 : 플라이휠 매스
3 : 박판
4 : 연결봉을 위한 홀
5 : 홀딩 구조물에 삽입하기 위한 리세스
6 : 요소들 사이의 연결 조인트
7 : 요소
8 : 요소의 공동 또는 충전 볼륨
9 : 안전 용기의 연결봉
10 : 커버 링
11 : 진공 용기
12 : 진공
13 : 초전도성 베어링의 지지물
14 : 초전도성 베어링의 에징 및 냉각 맨틀
15 : 베어링의 회전자 유닛
16 : 베어링의 초전도성 요소
17 : 샤프트
18 : 극저온냉동기
19 : 베어링의 냉각 연결부
20 : 냉각 표면의 단열재
21 : 냉각 표면
22 : 안전 용기의 홀딩 구조물
23 : 전기 기계의 홀딩 구조물
24 : 전기 기계
25 : 전기 기계의 고정자 유닛
26 : 전기 기계의 회전자 유닛
27 : 냉각 표면의 냉각 연결부
28 : 액체 질소를 위한 챔버
29 : 액체 질소
30 : 챔버의 절연성 지지물

Claims (15)

  1. 배기되어 진공(12)이 될 수 있는 용기, 샤프트(17) 상에 있는 적어도 하나의 플라이휠 매스(2), 적어도 하나의 수동 초전도성 레이디얼 베어링, 및 모터와 발전기를 나타내는 전기 기계(24)로 구성되며,
    진공 용기(11) 내에 냉각 표면(21)이 배치되어 상기 진공(12)을 안정화시키는, 에너지를 저장하고 방출하는 스케일러블한 장치에 있어서,
    상기 냉각 표면(21)은,
    - 단열재(20),
    - 또는, 가열 유닛,
    - 또는, 단열재(20) 및 가열 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 표면(21)은 극저온냉동기(18) 또는 액체 질소(29)를 포함하는 챔버(28)와 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각 표면(21)은 상기 플라이휠 매스(2)에 대해 방사방향으로 및/또는 상기 초전도성 레이디얼 베어링에 대해 방사방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베어링 중 하나는 영구 자석 베어링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하나의 베어링은 내부 회전자로 구성되고, 하나의 베어링은 외부 회전자로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    두 베어링은 모두 내부 회전자로 구성되거나 또는 외부 회전자로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초전도성 레이디얼 베어링 상에는 가열 유닛이 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 기계(24)의 회전자 유닛(26) 상에는 적어도 하나의 영구 자석이 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 기계(24)는 외부 회전자를 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    다수의 전기 기계(24)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 기계(24)는 내부 회전자를 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플라이휠 매스(2) 둘레에는, 적어도 하나의 고정 요소(1), 박판(3), 커버 링(10) 또는 커버 요소, 및 연결 부품들로 구성되는 안전 용기가 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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