KR20140020714A - 번개 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예는 번개의 전기 에너지를 수집하고 및/또는 저장하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특정 실시 예는 피뢰침 로드, 와이어, 번개 에너지 수확기, 및 접지 로드를 포함하는 번개 에너지 저장 시스템을 제공한다. 피뢰침 로드는 번개를 유인하고 전기 에너지를 전달하도록 구성된다. 번개 에너지 수확기는 적어도 하나의 자기 커패시터와 스위치를 포함한다. 접지 로드는 와이어에 연결된다. 제어 신호는 접지 로드를 통해 접지로 전기 에너지를 가이드하거나 또는 자기 커패시터의 충전 상태에 응답하여 자기 커패시터를 충전하도록 전기 에너지를 가이드하기 위하여 스위치를 제어한다.

Description

번개 에너지 저장 시스템{LIGHTNING ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명의 실시 예는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 특정 실시예는 번개 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
수 년 동안 사람들은 현대 생활, 상업, 및 기술의 다양한 에너지 소비 시설을 위한 효율적이고 저렴한 에너지원을 찾으려고 시도하였다. 에너지원을 이용하는데 있어 주요 문제 중 하나는 환경을 보호하는 환경 친화적인 자원을 얻는 방법이다.
번개(lightning)는 대기 전기 방전 현상이다. 전기장이 충분히 강할 때, 전기 방전(번개의 벼락)이 구름 내에서 또는 구름과 땅 사이에 발생한다. 번개는 양극과 음극을 통해 발생한다. 음(negative)의 번개의 평균 벼락은 30,000암페어(ampere)(30kA)의 전기 전류를 운반하고, 15 쿨롱(coulomb)의 전기 전하와 500메가주울(Megajoule)의 에너지를 전달한다. 대형 번개의 벼락은 최대 120 kA와 350 쿨롱을 운반할 수 있다. 양(positive)의 번개의 평균 벼락은 음의 번개의 것보다 약 10 배인 약 300 kA의 전기 전류를 운반한다.
따라서 이러한 번개의 전기 에너지를 수집하고 및/또는 저장하는 장치를 가지는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 실시 예는 전기 에너지를 수집하고 및/또는 저장하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특정 실시 예는 번개의 전기 에너지를 수집하고 및/또는 저장하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특정 실시예는 피뢰침 로드(lightening rod), 와이어(wire), 번개 에너지 수확기 유닛, 및 접지 로드를 포함하는 번개 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 피뢰침 로드는 번개를 유인하고 전기 에너지를 전달하도록 구성된다. 번개 에너지 수확기 유닛은 적어도 하나의 자기 커패시터(magnetic capacitor)와 스위치를 포함한다. 자기 커패시터는 제 1 자기 섹션, 제 2 자기 섹션, 및 상기 제 1 자기 섹션과 제 2 자기 섹션 사이에 구성된 유전체 섹션을 포함한다. 유전체 섹션은 전기 에너지를 저장하도록 구성하고 전기 에너지 누설을 저감하고 바람직하게는 방지하기 위해 적어도 10 옹스트롬(angstrom)의 두께를 가지고 있다. 접지 로드는 와이어에 연결된다. 제어 신호는 전기 에너지를 접지 로드를 통해 접지로 가이드하거나 또는 자기 커패시터의 충전 상태에 응답하여 자기 커패시터를 충전하도록 전기 에너지를 가이드하기 위하여 스위치를 제어한다.
일 실시 예에서, 유전체 섹션의 두께는 100 옹스트롬이다.
일 실시 예에서, 번개 에너지 수확기 유닛은 자기 커패시터를 충전하도록 전기 에너지의 전압을 조정하기 위하여 와이어에 연결된 변압기를 더 포함한다.
일 실시 예에서, 번개 에너지 수확기 유닛은 환경적으로 밀봉된 커버를 구비하는 박스에 패키징된다.
일 실시 예에서, 번개 에너지 수확기 유닛은 자기 커패시터의 충전 상태를 검출하고 이 충전 상태에 응답하여 제어 신호를 발신하는 검출기를 더 포함한다.
일 실시 예에서, 번개 에너지 수확기 유닛은 병렬 연결되고 기판으로 제조된 복수의 자기 커패시터를 포함한다.
실시 예에서, 기판은 제 1 커넥터와 제 2 커넥터를 더 포함하고, 상기 전기 에너지는 제 1 커넥터를 통해 자기 커패시터를 충전하고 상기 자기 커패시터는 제 2 커넥터를 통해 외부 디바이스에 전기 에너지를 공급한다.
실시 예에서, 상기 기판은 접지 로드에 연결된 제 3 커넥터를 더 포함한다.
일 실시 예에서, 자기 커패시터의 충전 상태가 완전히 충전될 때, 스위치는 접지 로드로 전기 에너지를 가이드하도록 제 3 커넥터와 연결하기 위하여 제 1 커넥터를 스위칭하고, 자기 커패시터의 충전 상태가 완전히 충전되지 않은 경우, 스위치는 자기 커패시터를 충전하도록 전기 에너지를 가이드하기 위하여 자기 커패시터와 연결하도록 제 1 커넥터를 스위칭한다.
본 발명의 전술된 내용 뿐만 아니라 다른 측면, 특징, 잇점, 및 실시예를 보다 명확히 하기 위해, 첨부 도면이 다음과 같이 설명된다 :
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 번개의 전기 에너지를 수집하고 저장하기 위한 장치의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 번개의 전기 에너지를 저장하기 위한 자기 커패시터의 개략도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 번개의 전기 에너지를 저장하기 위해 함께 기판으로 제조된 복수의 자기 커패시터의 개략도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 번개의 전기 에너지를 저장하기 위해 함께 기판으로 제조된 복수의 자기 커패시터의 개략도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 번개의 전기 에너지를 수집하고 저장하기 위한 장치의 개략적인 블록도.
이제 본 발명의 다양한 실시예를 보다 상세히 참조하며, 이들 하나 이상의 실시예는 도면에 설명되어 있다. 각 실시예는 본 발명을 설명하기 위하여 제공된 것이며, 본 발명을 제한하려는 것으로 의도된 것이 전혀 아니다. 예를 들어, 하나의 실시 예의 일부분으로 설명되거나 도시된 특징은 또 다른 실시 예를 얻기 위한 다른 실시 예와 연계하여 사용될 수 있다. 본 발명은 그 변형과 변경을 포함하는 것으로 의도된다.
도 1은 번개의 전기 에너지를 수집하고 저장하기 위한 장치의 개략적인 블록도이다. 번개의 전기 에너지를 수집하고 저장하기 위한 장치(100)는 하나 이상의 피뢰침 로드(101), 와이어(102), 하나 이상의 번개 에너지 수확기(LEH: lightning energy harvester) 유닛(103), 및 접지 로드(104)를 포함한다. 피뢰침 로드(101)는 번개를 유인하고 전기 에너지를 전달하도록 구성된다. 피뢰침 로드(101)는 빌딩의 상부에 장착된 금속 로드 또는 금속 물체이다. 다른 실시 예에서, 피뢰침 로드(101)는 타워(201)의 상부에 장착된다.
와이어(102)는 피뢰침 로드(101)와 번개 에너지 수확기(LEH) 유닛(103) 또는 접지 로드(104) 사이를 연결시에 배치된다. 와이어(102)의 구조적 적응은 피뢰침 로드(101)로부터 전기 에너지를 저장을 위한 번개 에너지 수확기(LEH) 유닛(103)으로 또는 방전을 위한 접지 로드(104)로 가이드하기 위한 것이다.
일 실시 예에서, 번개 에너지 수확기 유닛(103)은 박스로 패키징된다. 이 박스는 기상 요소로부터 안전과 보호를 위해 환경적으로 밀봉된 커버를 구비한다. 번개 에너지 수확기(LEH) 유닛(103)은 하나 이상의 자기 커패시터(magnetic capacitor)(200)로 구성된다. 자기 커패시터는 GMC(Giant Magnetic Capacitance) 이론에 기초하여 구성된다. 이것은 동등한 크기 및 유전체 물질로 된 표준 커패시터의 것보다 106 내지 1017배 더 큰 용량을 가지고 있다. 자기 커패시터는 에너지 저장 장치이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 번개의 전기 에너지를 저장하기 위한 자기 커패시터의 개략도를 도시한다. 자기 커패시터(200)는 제 1 자기 섹션(210), 제 2 자기 섹션(220), 및 상기 제 1 자기 섹션(210) 및 제 2 자기 섹션(220) 사이에 구성된 유전체 섹션(230)을 구비한다. 유전체 섹션(230)은 박막이며, 유전체 섹션(230)은 BaTiO3 또는 TiO3와 같은 유전체 물질로 구성된다. 유전체 섹션(230)은 전기 에너지를 저장하도록 배열되며, 제 1 자기 섹션(210) 및 제 2 자기 섹션(220)은 전류가 통과(즉, 전기 에너지 누설)하지 못하게 하는 절연 효과를 생성하는데 필요하다. 게다가, 유전체 섹션(230)은 전기 에너지 누출을 방지하기 위해 적어도 10 옹스트롬(Å)의 두께를 구비한다. 일 실시 예에서, 유전체 섹션(230)의 두께는 적어도 10Å, 적어도 100Å 및/또는 전기 에너지 누설을 방지하기 위해 100Å이다.
또 다른 실시 예에서, 복수의 자기 커패시터(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 번개 에너지 수확기 유닛(103)을 형성하기 위해 함께 기판(240)으로 제조될 수 있다. 제1 커넥터(250)는 와이어(102)에 연결하기 위해 기판(240)에 형성된다. 이러한 자기 커패시터(200)는 병렬로 연결되고 번개의 전기 에너지를 수신하기 위해 제1 커넥터(250)에 연결되고, 외부 디바이스에 전기 에너지를 공급하기 위해 제2 커넥터(253)에 연결된다.
다른 실시 예에서, 번개 에너지 수확기 유닛(103)은 전력 관리 모듈 (260)을 더 포함한다. 전력 관리 모듈(260)은 제1 커넥터(250)를 통해 와이어(102)에 연결되고, 제3 커넥터(252)를 통해 접지 로드(104)에 연결된다. 전력 관리 모듈 (260)은 검출기(2601)와 스위치(2602)를 포함한다. 검출기(2601)는 자기 커패시터(200)에 저장된 전기 에너지의 상태를 결정하기 위해 자기 커패시터(200)를 검출한다. 일 실시 예에서, 자기 커패시터(200)에 저장된 전기 에너지가 설정값을 초과하면, 검출기(2601)는 접지 로드(104)를 통해 접지로 번개의 전기 에너지를 가이드하도록 스위치(2602)를 스위칭하기 위해 스위치(2602)에 제어 신호를 발신한다. 예를 들어, 피뢰침 로드(101)는 자기 커패시터(200)를 충전하기 위해 번개의 전기 에너지를 수신한다. 검출기(2601)는 실시간으로 이들 자기 커패시터(200)의 충전 상태를 검출한다. 검출기(2601)가 자기 커패시터(200)가 완전히 충전된 것으로 결정하면, 검출기(2601)는 접지 로드(104)를 통해 접지로 번개의 전기 에너지를 가이드하도록 스위치(2602)를 스위칭하기 위한 제어 신호를 발신한다. 또한, 특정 실시 예에서, 전력 관리 모듈(260)은 자기 커패시터(200)를 충전하도록 충전 전압으로 번개의 전기 에너지의 전압을 변환하기 위해 변압기(2603)를 더 포함한다.
이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 여러 변형과 변경이 본 발명의 사상이나 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 구조에 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 전술된 바에 따라, 본 발명은 이하 특허청구범위 내에 있는 한 본 발명의 변형과 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (11)

  1. 번개 에너지 저장 시스템으로서,
    번개를 유인하고 전기 에너지를 전달하도록 구성된 피뢰침 로드;
    와이어;
    번개 에너지 수확기 유닛으로서, 상기 번개 에너지 수확기 유닛은 적어도 하나의 자기 커패시터와 스위치를 구비하며, 상기 적어도 하나의 자기 커패시터 각각은,
    제 1 자기 섹션;
    제 2 자기 섹션; 및
    상기 제 1 자기 섹션과 상기 제 2 자기 섹션 사이에 구성된 유전체 섹션으로서, 상기 유전체 섹션은 상기 전기 에너지를 저장하도록 구성되고, 상기 유전체 섹션은 적어도 10 옹스트롬의 두께를 가지고 있는 유전체 섹션을 구비하는 번개 에너지 수확기 유닛; 및
    접지 로드를 포함하며,
    제어 신호를 상기 접지 로드를 통해 접지로 상기 전기 에너지를 가이드하거나 또는 상기 적어도 하나의 자기 커패시터의 충전 상태에 응답하여 상기 적어도 하나의 자기 커패시터를 충전하도록 상기 전기 에너지를 가이드하기 위하여 상기 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 섹션의 두께는 적어도 100 옹스트롬인 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 번개 에너지 수확기 유닛은 상기 와이어에 연결된 변압기를 더 포함하며,
    상기 변압기는 상기 적어도 하나의 자기 커패시터를 충전하기 위해 상기 전기 에너지의 전압을 조정하는 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 번개 에너지 수확기 유닛은 환경적으로 밀봉된 커버를 구비하는 박스로 패키징된 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 번개 에너지 수확기 유닛은 상기 적어도 하나의 자기 커패시터의 충전 상태를 검출하고 상기 충전 상태에 응답하여 상기 제어 신호를 발신하는 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기 커패시터는 복수의 자기 커패시터를 포함하며, 상기 복수의 자기 커패시터는 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 복수의 자기 커패시터는 기판 내에 있는 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 기판은 제 1 커넥터와 제 2 커넥터를 더 포함하며,
    상기 전기 에너지는 상기 제 1 커넥터를 통해 상기 복수의 자기 커패시터를 충전하며, 상기 복수의 자기 커패시터는 상기 제 2 커넥터를 통해 외부 디바이스로 상기 전기 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 기판은 상기 접지 로드에 연결된 제 3 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 복수의 자기 커패시터의 충전 상태가 완전히 충전되면, 상기 스위치는 상기 접지 로드에 상기 전기 에너지를 가이드하도록 상기 제 3 커넥터와 연결하기 위하여 상기 제 1 커넥터를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 복수의 자기 커패시터의 충전 상태가 완전히 충전되지 않은 경우, 상기 스위치는 상기 복수의 자기 커패시터를 충전하도록 상기 전기 에너지를 가이드하기 위하여 상기 복수의 자기 커패시터와 연결하도록 상기 제 1 커넥터를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 번개 에너지 저장 시스템.
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