KR20070030302A - 에너지 회수 시스템 - Google Patents

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KR20070030302A
KR20070030302A KR1020077002165A KR20077002165A KR20070030302A KR 20070030302 A KR20070030302 A KR 20070030302A KR 1020077002165 A KR1020077002165 A KR 1020077002165A KR 20077002165 A KR20077002165 A KR 20077002165A KR 20070030302 A KR20070030302 A KR 20070030302A
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KR
South Korea
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energy
vehicle
recovery system
energy recovery
conductor
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Application number
KR1020077002165A
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English (en)
Inventor
이마드 마하윌리
Original Assignee
에너지 리커버리 테크놀로지, 엘엘씨
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Abstract

에너지 회수 시스템은 차량에 장착되어 자기장을 발생시키는 장치와, 차량의 경로 또는 이에 인접하여 위치되는 고정식 도전체를 포함하고, 차량이 도전체를 통과하여 이동할 때 자기장은 도전체를 통해 전류가 유도되도록 한다.
에너지 회수 시스템, 자기장 발생기, 도전체, 에너지 저장 장치, 차량

Description

에너지 회수 시스템{ENERGY RECOVERY SYSTEM}
본 발명은 차량과 같은 이동체로부터 에너지를 회수하는 시스템에 관한 것이다.
재생 불가능한 자원의 에너지 소모와 이러한 에너지 소모에 의한 오염뿐만 아니라 에너지가 발생될 때 발생되는 오염은 오랜 기간동안 논의되었다. 예를 들어 자동차에서의 재생 불가능한 에너지 공급원의 소모를 억제하고 오염을 감소시키기 위한 노력은 전기 및/또는 하이브리드 차량의 개발을 야기하였다. 전기 및 하이브리드 차량은 소정의 재생 불가능한 자원의 소모를 감소시키고 오염을 적게 발생시키지만, 재충전을 요구하고, 차량과 발전소-통상적으로 석탄 화력 발전소-사이의 오염의 위치를 단순히 이동시키거나 또는 재분배하는 것이며, 또한 가솔린에서 석탄으로와 같은 하나의 재생 불가능한 공급원으로부터 다른 재생 불가능한 공급원으로 에너지 소모의 적어도 일부를 이동시키는 것이다. 그러나, 두가지 타입의 차량에 의해 소모되는 에너지의 총량은 일반적으로 변하지 않고 유지된다.
차량의 에너지 효율을 증가시키기 위한 큰 진보가 있었지만, 이는 고유의 에너지 효율과 본원에서 언급되지 않은 폐기물을 여전히 갖는다. 예를 들어, 차량이 언덕 또는 경사로를 올라가서 그 다음에 엔진 주행하면서 하강할 때, 현재도 이 에 너지를 회수하는 것이 불가능하기 때문에 에너지가 소모된다.
따라서, 차량 등으로부터 소모된 에너지를 회수할 수 있고, 또한 즉시 또는 이후에 사용 가능한 에너지 공급원으로 소모된 에너지를 변환할 수 있는 시스템의 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 차량과 같은 이동체로부터 에너지를 회수하여 이후의 사용을 위해 이용되거나 저장할 수 있는 에너지 회수 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 형태에서, 에너지 회수 시스템은 자동차, 기차 등과 같은 차량에 장착되는 자기장을 발생시키는 장치와, 차량이 도전체를 통과하여 이동할 때 도전체를 통해 자기장 유도 전류가 흘러서 즉시 또는 이후의 사용을 위해 동력화되어 저장되도록 차량의 경로에 또는 이에 인접하여 위치되는 고정식 도전체를 포함한다.
예를 들어, 장치는 영구 자석 또는 전자석을 포함할 수 있다. 장치가 전자석을 포함하면, 차량은 전자석을 작동시키기 위한 제어부를 부가적으로 포함한다. 이에 부가하여, 회수 시스템은 차량이 고정식 도전체에 근접할 때 이를 검지하여 전자석을 작동시키기 위해 제어부로 작동 신호를 발생시키는 센서를 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 도전체는 캐패시터 또는 배터리와 같은 에너지 저장 장치에 접속된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 도전체는 에너지 변환 시스템에 접속될 수 있다. 예를 들어, 에너지 변환 시스템은 하나 이상의 수소 연료 전지를 포함할 수 있다. 또한, 에너지 변환 시스템은 적어도 수소 연료 전지용 수소를 발생시키기 위한 전기 분해 시스템을 포함할 수 있다.
또 다른 태양에서, 도전체는 배선 묶음을 포함한다. 예를 들어, 배선 묶음은 노면에 설치될 수 있다.
또 다른 태양에 따라, 차량은 휠을 포함하고, 장치가 예를 들어 휠의 주연부에서 휠에 장착된다. 바람직하게는, 장치의 음극은 휠 중심 또는 휠 축의 중심으로부터 외향으로 향한다. 또한, 휠은 휠의 중심 또는 휠 축으로부터 외향으로 향하는 각각의 음극을 갖는 복수의 장치들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에서, 에너지를 회수하는 방법은 차량에 자기장 발생 장치를 장착하는 단계와, 차량의 경로 또는 차량의 경로에 인접하여 고정식 도전체를 제공하는 단계를 포함하고, 자기장은 차량이 도전체 또는 그 위를 통과할 때 도전체에서 전류 유동을 발생시킨다. 도전체는 에너지 저장 장치, 트랜스미션 시스템 또는 에너지 변환 시스템에 접속되어, 차량으로부터 회수된 에너지는 차량으로부터 개별적으로 이용될 수 있다.
일 태양에서, 도전체는 에너지 저장 장치에 접속된다. 다른 태양에서, 에너지 저장 장치는 에너지 트랜스미션 시스템에 접속된다. 선택적으로, 시스템은 저장된 에너지가 소정의 임계치를 초과할 때 이를 검출하여, 저장된 에너지가 소정의 임계치를 초과할 때 에너지 저장 장치로부터 에너지 트랜스미션 시스템으로 에너지를 전송한다.
다른 태양에서, 시스템은 자기장을 선택적으로 발생시키도록 자기장 발생 장치를 선택적으로 작동시킨다.
따라서, 본 발명의 에너지 회수 시스템은 예를 들어 다른 소모되는 에너지를 즉시 또는 이후의 사용을 위해 에너지 공급원으로 에너지를 변환하기 위해 차량과 같은 이동체로부터 에너지를 회수할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 장점, 목적 및 특성은 도면을 참조하여 이하의 설명을 탐구함으로써 보다 명료하게 될 것이다.
도1은 본 발명의 에너지 회수 시스템의 개략도이다.
도2는 차량에 전자기장 발생기를 장착한 개략도이다.
도1을 참조하면, 도면부호 10은 일반적으로 본 발명의 에너지 회수 시스템을 지시한다. 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 에너지 회수 시스템은 에너지를 발생시키기 위해 및/또는 즉시 이용될 수 있거나 이후의 이용을 위해 저장될 수 있고 대상으로부터 이격된 위치로 운반될 수 있는 자원으로 이동체의 운동을 이용한다. 설명의 편의상, 이후부터 이동체로써 차량을 참조하다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
에너지 회수 시스템(10)은 자기장 발생기(12), 폐쇄 루프 회로를 형성하는 전기 도전성 배선의 묶음과 같은 도전체(14) 및 회로를 통해 유동하는 전류에 의해 발생된 에너지를 저장하는 배터리 또는 캐패시터와 같은 에너지 저장 장치(16)를 포함한다. 자기장 발생기(12)는 영구 자석 또는 전자석을 포함할 수 있고, 자동 차, SUV, 트럭, 버스, 기차 등과 같은 차량(V)에 장착된다. 예를 들어, 자기장 발생기(12)는 네오디뮴 철 보론, 사마륨 코발트, 알니코 또는 세라믹으로 소결되어 본딩된 소정의 재료로부터 상업적으로 제조된 영구 자석을 포함할 수 있다. 자석의 치수는 차량의 크기와 도전체 표면에서 바람직한 최종 자기장 강도에 종속된다. 일 예는 폭이 146.05 ㎜(5.75 인치)이고 49.02 ㎜ X 49.02 ㎜(1.93 인치 X 1.93 인치)인 정사각형 단면 치수를 갖는 소결되어 본딩된 네오디뮴 합금인 영구 자석이다. 이러한 영구 자석의 예는 도전체에 대면하는 146.05 ㎜(5.75 인치)의 표면으로부터 27.5 ㎜(1 인치)의 거리에서 대략 2300 가우스(Gauss)의 장 강도(field strength)를 부여할 수 있다. 높은 자기 강도를 갖는 영구 자석이 바람직하지만, 장 강도는 40.23 ㎞/h(25 mile/h) 근방의 차량 속도에서 소정의 교류 도전체 코일 회로 설계에서, AC 120 볼트에서 대략 10 암페어의 전류를 발생시킬 수 있다.
도전체(14)는 차량의 경로에 위치되어, 자기장 발생기(12)가 도전체(14)를 통과할 때 도전체에서 전류 유동이 유도되고, 이는 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이 저장 및 이후 사용을 위해 에너지 저장 장치(16)로 전달된다. 전술한 바와 같이, 도전체 회로는 전류 및 전압 발생에 대해 다양한 목적을 갖고 설계될 수 있다. 그러나 기본적으로, 이들은 교류 또는 직류 회로이다. 최종 도전체 설계는 특정 전압 및 바람직한 전류와 발생된 전기의 저장 및 이용 방법에 종속될 것이다. 예를 들어, 수소 발생이 바람직할 때, 바람직한 도전체 설계는 직류식일 것인 반면, 직접 조명용으로는 교류식 도전체 회로가 고려될 수 있다.
일반적으로 상술한 바와 같이, 자기장 발생기(12)가 차량에 장착되어, 차량 이 주행하여 도전체(14)를 가로질러 또는 그 옆으로 주행하면, 자기장 발생기(12)는 도전체(14)에 전류 유동을 유도한다. 패러데이의 유도 법칙에 따르면, 자석 또는 도전체가 서로에 대해 이동될 때, 예를 들어 도전체가 자기장을 가로질러 이동될 때, 전류는 도전체 내에서 순환된다. 또한, 자기력이 증가되거나 감소되면, 이는 전기를 발생하고, 더 빠르게 증가되거나 감소되면, 보다 많은 전기가 발생된다. 달리 말하면, 도전체에서 유도된 전압은 자기 플럭스의 변화율에 비례한다. 부가로, 패러데이의 법칙과 맥스웰 방정식에 기초하여 자기장이 변화하는 속도가 빨라지면, 보다 큰 전압이 유도될 수 있다. 따라서, 차량이 보다 빠르게 도전체(14)를 지나 이동하면 보다 큰 전류가 유동하고, 따라서 많은 양의 에너지가 저장 장치(16)에 저장된다.
렌츠의 법칙에 따라, 도전체(14)에서 전류 유동이 유도되면, 자기장 발생기(12)에서 발생된 외부 자기장의 변화에 대향하는 자기장이 도전체(14)에서 발생된다. 그 결과, 차량의 전진 운동은 느려질 것이고, 전진 운동이 느려지는 정도를 통해 각각의 장의 크기에 따라 변화될 것이다. 따라서 에너지 회수의 목적을 유지하기 위해, 도전체(14)는 또한 바람직하게는 차량이 가장 효율적이고(예를 들어, 차량이 에너지를 소비하는), 또한 차량 속도가 가장 빠르게 증가되는 차량의 경로를 따라 위치된다. 예를 들어, 도전체(14)는 언덕 또는 산 등의 내리막측에서 경사져서 위치될 수 있고, 차량 속도는 엔진에 의한 속도 이상으로 중력에 의해 증가될 것이다. 중력에 의해 차량 속도가 증가되는 경사에서, 운전자는 속도 제한 내에서 그 속도를 유지하도록 차량을 느리게 하기 위해 종종 제동을 인가할 것이다. 대개, 차량의 엔진은 연속적으로 작동하고 따라서, 소모되는 에너지는 본 시스템 내에서 회수된다. 두 개의 자기장 사이의 상호작용에 따른 차량 속도의 감소는 중력에 따른 속도의 대응 증가를 초과하지 않게 제공되어, 차량으로부터의 에너지 회수는 차량에 의해 소비되는 에너지를 증가시키지 않는다. 따라서, 다른 방법으로 소모되는 에너지는 차량으로부터 회수된다. 이를 통해 도전체가 차량의 경로를 따라 차량이 제동 또는 감속을 시작하여야 하는 위치를 포함하는 다른 위치에 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
전술한 바와 같이, 도전체(14)는 바람직하게는 차량의 경로에(또는 경로에 인접하여) 위치된 전기 도전 배선의 묶음을 포함한다. 바람직하게는, 배선들은 경로를 가로질러, 예를 들어 일반적으로 차량의 진행 방향과 직교하여 도로를 가로질러 연장하여, 차량은 배선 묶음 상을 통과한다. 보다 바람직하게는, 배선은 도로의 노면 아래에 합체될 수 있다. 예를 들어, 배선은 도로 표면에 수납 또는 매립될 수 있고, 또한 선택적으로 도로에 수납 또는 매립된 본체 내에 캡슐화될 수 있다. 예를 들어, 배선을 캡슐화하기 위한 본체를 형성하는 재료는 바람직하게는 배선을 캡슐화하고 요소 및 도로 파편으로부터 배선을 보호하기 위해 플라스틱 또는 고무 등와 같은 비도전성 및/또는 비자기성 재료이다.
다시 도1을 참조하면, 에너지 저장 장치(16)는 이 에너지 저장 장치(16)가 저장된 에너지의 임계 수준에 도달하거나 초과할 때를 모니터링 및/또는 검출하는 제어 시스템(18)에 접속된다. 바람직하게는, 제어 시스템(18)은 저장 장치(16)의 에너지 수준이 임계 수준에 도달될 때 에너지 저장 장치로부터 에너지를 전송하고, 또한 전송된 에너지가 에너지의 공급원으로써 이용될 수 있는 트랜스미션 시스템 또는 에너지 변환 시스템으로 에너지를 전송하고 또는 차량을 구동하는 것 이외의 소정의 목적을 위한 자원을 발생시키도록 구성된다.
예를 들어, 제어 시스템(18)은 에너지를 산소, 수소 또는 다른 소모성 제품의 공급원과 같은 다른 자원으로 변환하기 위해 에너지를 에너지 변환 시스템(20)으로 전달할 수 있다. 또한, 하나 이상의 이들 제품은 후술하는 바와 같이 보다 많은 에너지를 발생시키기 위해 차례로 이용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 에너지 변환 시스템(20)은 전달된 에너지를 예를 들어 물을 산소와 수소로 변환하는데 이용되는 전기 분해 시스템(22)을 포함하고, 산소는 실험실 또는 병원 등으로 보내어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 수소는 에너지 발생용으로 이용될 수 있다. 수소는 자동차 동력 공급, 전기를 발생시키기 위한 터빈 가동 및 연료 전지 가동과, 건물용 열과 전기를 발생시키는 것을 포함하는 연료 및 에너지 공급원으로써 이용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 수소는 수소와 산소를 전기로 변환시키는 수소 연료 전지(23)를 가동시키기 위해 이용되고, 다른 차량에 전력을 공급하거나 건물에 전기와 열을 제공하기 위해 이용된다. 따라서, 도전체(12)에서의 전류 유동은 에너지를 발생시키고 및/또는 제품을 발생시키기 위해 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 자기장 발생기(12)는 영구 자석 또는 전자석을 포함할 수 있다. 전자석을 채용할 때, 자기장은 선택적으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 차량은 전자석을 작동시키기 위한 제어부를 포함할 수 있다. 또한, 에너지 회수 시스템(10)은 센서가 도전체(14)에 차량이 근접하는 것을 검출할 때 차량 제어부로 신호를 발생시켜 전자석이 작동하도록 제어부를 트리거하는 센서(24)를 포함할 수 있다. 센서(24)는 차량에 장착될 수 있거나 또는 도전체 또는 그 근방에 장착될 수 있다.
도2를 참조하면, 도면부호 30은 일반적으로 차량을 지시한다. 차량(30)은 자동차로써 도시되었지만, 본원에서 사용된 용어 차량은 대상물을 운반 또는 수송하기 위한 임의의 수단을 포함하는 넓은 의미로 이용되었고, 기차, 버스, 트럭 등을 포함한다. 전술한 바와 같이, 자기장 발생기(12)의 속도가 빨라지면, 에너지 발생 비율이 높아진다. 도시된 실시예에서, 자기장 발생기(12)는 차량(30)의 휠 장치(32)에 장착된다. 선택적으로, 자기장 발생기(12)는 예를 들어 차량 엔진에 의해 구동되는 플라이휠 등에 장착될 수 있다.
바람직한 형태에서, 자기장 발생기(12)의 음극(N)은 휠 장치의 중심에서 외향으로 대면되어, 이 음극은 차량의 고정 위치에 장착된 경우보다 보다 빠른 속도로 움직일 수 있다. 따라서, 차량이 도전체(14) 상에 또는 이에 근접하여 구동될 때, 자기장 발생기(12)의 회전률은 도전체 상에 또는 이에 근접한 전기 발생율을 크게 증가시킬 수 있다. 이러한 동일하게 증가된 에너지 발생은 기차의 휠 장치에 장착되는 자기장 발생기와 함께 이용될 수 있다.
또한, 회전 자기장 발생기(12)는 하나의 극이 원형 부재의 주연부쪽을 향하고 다른 극이 원통형 부재의 중심쪽을 향하는 복수의 영구 자석으로 형성된 원형 구조를 더 포함할 수 있다. 이는 도전체 내에서 유도된 전류 방향성이 렌츠의 보존 법칙을 따르게 할 것이다.
부가로, 다중 자기장 발생기가 임의의 전술한 응용예에 이용될 수 있어서 에너지 회수를 보다 더 개선할 수 있다. 예를 들어, 이러한 시스템이 기차에 채용될 때, 각각의 기차 카아는 바람직하게는 트랙 근방에 위치된 도전체 또는 도전체들을 통과하여 에너지가 각각의 자기장 발생기로부터 발생될 수 있다. 본 발명의 몇가지 형태가 도시되고 설명되었지만, 다른 형태도 해당 기술 분야의 종사자들에게는 명백하다. 따라서, 도면 및 상세한 설명에 도시된 실시예는 주로 도식적인 목적으로 이용되고, 균등론을 포함하는 특허법의 기준 하에서 해석되는 청구항에 의해 한정되는 본 발명의 범주를 제한하지 않도록 의도된다.

Claims (28)

  1. 에너지 회수 시스템이며,
    자기장을 발생시키고, 차량에 장착되는 장치와,
    상기 차량의 경로에 또는 경로에 인접하여 배치되는 고정식 도전체를 포함하고,
    상기 차량이 도전체를 통과하여 이동할 때 자기장은 상기 도전체를 통해 전류를 유도하는 에너지 회수 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치는 영구 자석을 포함하는 에너지 회수 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치는 전자석을 포함하는 에너지 회수 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 차량을 더 포함하고, 상기 차량은 상기 전자석을 작동시키기 위한 제어부를 포함하는 에너지 회수 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 센서를 더 포함하고, 상기 센서는 차량이 고정식 도전체에 근접할 때를 검출하여 상기 전자석을 작동시키기 위해 상기 제어부에 작동 신호를 발생시키는 에너지 회수 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 차량을 더 포함하고, 상기 차량은 상기 장치를 포함하는 에너지 회수 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 차량은 자동차를 포함하는 에너지 회수 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 도전체는 에너지 저장 장치에 접속되는 에너지 회수 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치는 배터리를 포함하는 에너지 회수 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 도전체는 에너지 변환 시스템에 접속되는 에너지 회수 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 에너지 변환 시스템은 하나 이상의 수소 연료 전지를 포함하는 에너지 회수 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 에너지 변환 시스템은 적어도 상기 수소 연료 전지용 수소를 발생시키기 위한 전기 분해 시스템을 포함하는 에너지 회수 시스템.
  13. 에너지 회수 시스템이며,
    차량과,
    자기장을 발생시키고 상기 차량에 장착되는 장치와,
    상기 차량이 이동할 때 상기 차량의 경로에 위치되는 고정식 도전체를 갖는 회로를 포함하고,
    상기 차량이 상기 도전체를 통과할 때 자기장은 회로를 통해 전류가 유동하도록 유도하는 에너지 회수 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 도전체는 배선 묶음을 포함하는 에너지 회수 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 배선 묶음은 노면에 설치되는 에너지 회수 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 장치는 영구 자석을 포함하는 에너지 회수 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 장치는 전자석을 포함하는 에너지 회수 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 차량이 적어도 도전체에 근접할 때 상기 전자석을 선택적으로 작동시키기 위한 제어부를 더 포함하는 에너지 회수 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 센서를 더 포함하고, 상기 센서는 상기 차량이 고정식 도 전체에 근접할 때를 검지하여 전자석을 작동시키기 위해 상기 제어부에 작동 신호를 발생시키는 에너지 회수 시스템.
  20. 제13항에 있어서, 상기 차량은 자동차를 포함하는 에너지 회수 시스템.
  21. 제13항에 있어서, 상기 회로는 에너지 저장 장치에 접속되는 에너지 회수 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치는 에너지 변환 시스템에 접속되는 에너지 회수 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치는 에너지 변환 시스템에 선택적으로 접속되는 에너지 회수 시스템.
  24. 에너지 회수 방법이며,
    차량에 자기장 발생 장치를 장착하는 단계와,
    상기 차량의 경로에 고정식 도전체를 제공하는 단계와,
    상기 도전체를 에너지 저장 장치, 트랜스미션 시스템 및 에너지 변환 시스템 중 선택된 하나 이상의 것에 접속시키는 단계를 포함하고,
    상기 차량이 도전체를 통과하여 주행할 때 자기장이 도전체에서 전류 유동을 발생시키는 에너지 회수 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 도전체를 접속시키는 단계는 도전체를 에너지 저장 장치에 접속하는 단계를 포함하는 에너지 회수 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치를 에너지 트랜스미션 시스템에 접속시키는 단계를 더 포함하는 에너지 회수 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치가 소정의 임계치 이상으로 에너지를 저장할 때를 검출하는 단계와, 상기 저장된 에너지가 소정의 임계치를 초과할 때 상기 에너지 저장 장치로부터 에너지 트랜스미션 시스템으로 에너지를 전송하는 단계를 더 포함하는 에너지 회수 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 자기장 발생 장치를 선택적으로 작동시켜서 상기 자기장을 선택적으로 발생시키는 단계를 더 포함하는 에너지 회수 방법.
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