KR20160075081A - Attached to the high hyongyul ESS system using nanomaterials and natural energy generator vessel - Google Patents

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KR20160075081A
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Abstract

The present invention relates to a high efficiency generator and an energy storage (ESS)-attached natural energy vessel using nano-material, which properly binds inorganic-based binder and an organic-based binder which are processed to be finely nano-granulated with a physical, chemical, and electrical method, and heat radiation-coats a motor for a vessel after preprocessing, thereby amplifying energy efficiency, and enabling the nano-heat radiation coated motor for a vessel to be used in all vessels.

Description

나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터와 ESS시스템이 부착된 자연 에너지 선박{Attached to the high hyongyul ESS system using nanomaterials and natural energy generator vessel}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a natural energy vessel equipped with a high-efficiency generator using a nanomaterial and an ESS system,

본 발명은 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터와 ESS시스템이 부착된 자연 에너지 선박에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 발전소에서 생산한 전력을 사용하고 남는 전력을 배터리 등에 저장해두었다가 필요 시 공급하는 시스템인 ESS(energy storage system) 에너지 저장장치와 무기계열, 금속계열 물질을 물리적 화학적 전기적 방법으로 미세하게 나노(Nano)입자화 가공된 무기계 바인더와 유기계 바인더를 적절하게 바인딩(Binding) 한 나노 방열도료를 제조하여 선박용 모터를 코팅함으로써, 지속적인 사용에 의해 발생하는 열을 외부로 방열하여 선박용 모터의 효율을 높일 수가 있도록 한 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터와 ESS시스템이 부착된 자연 에너지 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a natural energy ship having a high-efficiency generator using nanomaterials and an ESS system. More specifically, the present invention relates to an energy storage system (ESS), an energy storage system, a system for storing remaining electric power in a battery or the like, and a method for finely dividing an inorganic material or a metal- Nano (Nano) Nanotechnology is produced by bonding nano-heat-dissipative coatings which are processed by binding the inorganic binder and organic binder appropriately. By coating the ship motor, the heat generated by continuous use is dissipated to the outside, And a natural energy vessel equipped with a high-efficiency generator using nanomaterials and an ESS system.

일반적으로, 전동기 및 발전기 분야에서는 효율 및 파워밀도가 증진된 발전, 회전기를 제공하기 위한 방법을 지속적으로 모색하여 왔다.Generally, in the field of motors and generators, there has been a continuing search for methods for providing power and rotating machines with increased efficiency and power density.

여기에 사용된 용어 "모터(motor)"는 전기에너지를 회전운동으로 그리고 회전운동을 전기에너지로 변환시키는 모든종류의 전동 및 발전기를 의미한다.As used herein, the term "motor" refers to all types of motors and generators that convert electrical energy into rotational motion and rotational motion into electrical energy.

이와같은 기계는 모터, 제너레이터 및 재생모터라고도 불리우는 기기들을 포함한다.Such machines include machines, also called motors, generators and regenerative motors.

용어 "재생모터"는 여기서 전기모터 또는 제너레이터로 작동될수 있는 기기를 가르킨다.The term "regeneration motor" refers here to an appliance that can be operated as an electric motor or generator.

영구자석, 권취필드(wound field), 인덕션, 가변 자기저항(variable reluctance), 스위치 자기저항(switched reluctance) 및 브러쉬와 브러쉬리스 타입을 포함한 다양한 종류의 모터가 알려져있다.Various types of motors are known, including permanent magnets, wound fields, induction, variable reluctance, switched reluctance, and brushes and brushless types.

이들은 전기 유티리티 그리드, 배터리 또는 기타 대체 소스 같은 것에서 공급되는 직류 또는 교류 소스로부터 직접 기동될 수 있다. 선택적으로 이들은 전자 구동회로를 이용하여 합성되는 필수파형을 갖는 전류를 공급받을 수 있다.They can be started directly from a DC or AC source, such as from an electricity utility grid, battery or other alternative source. Alternatively, they may be supplied with a current having a required waveform that is synthesized using an electromagnetically driven circuit.

어떠한 기계적 소스로부터 생긴 회전에너지도 제너레이터를 구동 할수 있다. 제너레이터의 출력은 직접 장착 또는 컨디션된 사용전자회로에 연결될수 있다.Rotating energy from any mechanical source can drive the generator. The output of the generator can be connected to the use electronics, either directly mounted or conditioned.

선택적으로, 조직에 있어서 다른 기간동안 기계적에너지의 소스 또는 싱크로서의 기능을 하는 기계적 소스에 연결된 기계는 예를들어 4-쿼드런트 조작 가능한 파워 컨디셔닝 회로를 통해 연결함으로서 재생모터로서의 역할을 할 수 있다.Alternatively, a machine connected to a mechanical source that functions as a source or sink of mechanical energy for different periods of time in the tissue may serve as a regeneration motor by, for example, connecting it through a 4-quadrant operable power conditioning circuit.

회전기는 통상적으로 고정자(stator)로서 알려진 고정성분과 회전자(rotor)로서 알려진 회전성분을 갖는다.The rotator typically has a fixed component known as a stator and a rotational component known as a rotor.

상기 회전자와 고정자의 인접면은 그 회전자와 고정자를 연결하는 자기 플럭스가 가로지르는 작은 에어갭에 의해 분리되어 있다.The adjacent surfaces of the rotor and the stator are separated by a small air gap across the magnetic flux connecting the rotor and the stator.

이 기술분야의 당업자라면 회전기는 하나 이상의 접합된 회전자와 하나 이상의 고정자로 이루어져 있다.Those skilled in the art will appreciate that the rotor comprises one or more stator coils and one or more stator coils.

따라서 여기서 회전기와 관련하여 사용되는 용어 "회전자" 및 "고정자"는 1에서 3 또는 그 이상의 범위의 회전자 및 고정자를 의미한다.Thus, the terms "rotor" and "stator" used herein in connection with rotors refer to rotors and stators in the range of one to three or more.

사실상 모든 회전기는 통상적으로 방사상(radial) 혹은 축상(axial)에어갭 타입으로 분류될수 있다.In fact, all rotors are typically classified as radial or axial air gap types.

방사상 에어갭 타입은 회전자와 고정자가 방사상방향으로 분리되어 있으며 회전자의 회전축에 수직방향으로 횡자기 플럭스(traversing magnetic flux)가 향하고 있다.In the radial air gap type, the rotor and the stator are separated in the radial direction and the traversing magnetic flux is directed in the direction perpendicular to the rotation axis of the rotor.

한편 축상에어갭기기에서는, 회전자와 고정자가 축방향으로 분리되며 프럭스 횡단(flux traversal)이 주로 회전축에 평행하고 축상에어갭기기가 몇몇 적용처에서는 이익적이기는 하나 방사상 에어갭 타입이 보다 널리 사용되며 보다 집중적으로 연구되어 왔다.On the other hand, in the axial air gap device, the rotor and stator are separated in the axial direction, the flux traversal is mainly parallel to the rotary axis, and the axial air gap device is advantageous in some applications, but the radial air gap type is more widely used And have been studied more intensively.

몇몇 특정타입을 제외하고는, 모터 및 제너레이터는 일반적으로 한가지 이상 종류의 연질 자성물질을 사용한다.Except for some specific types, motors and generators generally use more than one type of soft magnetic material.

여기서 "연질자성물질(soft magnetic material)"이란 용이하고도 효율적으로 자화 및 자기소거되는 물질을 의미한다.As used herein, the term "soft magnetic material " means a material that is easily and efficiently magnetized and self-eradicated.

각 자화사이클동안 자성물질내에 불가피하게 소산되는 에너지를 히스테리시스 손실 또는 코어 손실이라고 한다.The energy inevitably dissipated in the magnetic material during each magnetization cycle is referred to as hysteresis loss or core loss.

히스테리시스 손실의 크기는 여기 진폭(excitatation amplitude)와 진동수(frequency) 양자모두의 함수이다.The magnitude of the hysteresis loss is a function of both the excitation amplitude and the frequency.

또한 연질자성물질은 높은 투자율(permeability)와 낮은 자기 보자성(magnetic coercivity)를 나타낸다.The soft magnetic material also exhibits high permeability and low magnetic coercivity.

모터 및 제너레이터는 또한 전류담지권취(current-carrying windings)에 의해 둘러싸인 하나이상의 영구자석이나 추가연 질자성 물질에 의해 제공될수 있는 기자력(magnetomotive force)소스를 포함한다.The motor and generator also include a magnetomotive force source that may be provided by one or more permanent magnets or additional soft magnetic material surrounded by current-carrying windings.

여기서 "영구자석 물질"은 "경질 자성물질"로도 불리우며 자기 보자성이 크고 자화를 강하게 유지하며 자기 소거에 대하여 저항성이 있는 물질을 의미한다.Here, the term "permanent magnet material" is also referred to as a " hard magnetic material ", which means a material having a large magnetic coercivity, strong magnetization and resistance to magnetic erasure.

모터의 종류에 따라, 상기 영구자성물질 및 연질자성물질을 고정자나 회전자내에 배치시킬 수 있다.Depending on the type of motor, the permanent magnetic material and the soft magnetic material may be disposed in the stator or the rotor.

단연, 현재 제조되는 모터의 대부분은 연질자성물질로서 여러등급의 전기강판 또는 모터강판을 사용하며 이들은 하나 이상의 합금원소 특히 Si, P, C 및 Al를 포함하는 Fe합금이다.Most of the motors produced at present use soft magnetic materials of various grades of electric steel or motor steel, most of which are Fe alloys containing at least one of the alloying elements, especially Si, P, C and Al.

진전된 영구자석 물질로 구성된 회전자와 보다 진전된 비정질 금속같은 저손실 연질물질로 만들어진 코어를 갖는 고정자를 갖는 모터 및 제너레이터는 통상의 방사성 에어갭 모터 및 제너레이터와 비교해 볼때 실질적으로 보다 높은 효율 및 파워밀도를 제공할 잠재력이 있으나 이같은 축상 혹은 방사상 에어갭 타입의 기계제조는 그다지 성공적이지 못하였다. 통상의 방사상 에어갭기기에 비정질 물질을 적용하기 위한 종래의 시도는 상업적으로 크게 성공적이지 못하였던 것이다. 종래의 설계는 주로 고정자 및/또는 회전자를 전형적으로는 내외면을 통해 치차로 절단한, 비정질 금속으로 된 코일이다. 원형 라미네이션으로 치환시킴을 포함하였다. 비정질 금속은 통상적으로 설계된 모터에 통상의 철강과 직접 대체하기에는 독특한 자기적 및 기계적 성질 때문에 어려움이 많은 것이다.Motors and generators having a stator with a rotor made of an advanced permanent magnet material and a core made of a low loss soft material such as a more advanced amorphous metal have substantially higher efficiencies and power densities than conventional radiative air gap motors and generators , But such axial or radial air gap type machine manufacturing has been less successful. Conventional attempts to apply amorphous materials to conventional radial air gap devices have not been commercially successful. Conventional designs are mainly made of amorphous metal, in which the stator and / or rotor are typically cut into teeth through the inner and outer surfaces. Lt; RTI ID = 0.0 > lamellar. ≪ / RTI > Amorphous metals are difficult because of their unique magnetic and mechanical properties that directly replace conventional steels with commonly designed motors.

예를 들어 미국 특허 4,286,188은 비정질 금속 테입스트립을 단지 코일링함으로써 구성한 중심위치 회전자를 갖는 방사상 에어갭 전기모터에 대하여 개시하고 있다.For example, U.S. Patent No. 4,286,188 discloses a radial air gap electric motor having a center position rotor constructed by simply coiling an amorphous metal tape strip.

이 설계의 고정자는 적절한 고정자 권취를 수용하는 고정자 권취 요홈이 제공된 통상의 라미네이션 적층을 포함하는 통상의 고정자이다.The stator of this design is a conventional stator comprising a conventional lamination laminate provided with a stator winding groove that receives suitable stator winding.

미국 특허 4,392,073은 중심위치 회전자를 갖는 방사상 에어갭 방전기에 사용하기 위한 고정자에 대하여 개시하고 있으며, 미국 특허 4,403,401은 그 고정자의 제조방법에 대하여 개시하고 있다.U.S. Patent No. 4,392,073 discloses a stator for use in a radial air gap discharge machine having a center position rotor, and U.S. Patent No. 4,403,401 discloses a method of manufacturing the stator.

상기 고정자는 비정질 금속 테이프 스트립에 요홈을 형성하고 그 요홈 형성된 비정질 금속테이프를 요홈 형성된 환상체로 나선상 권취한후 적절한 고정자 권취로 권취시켜 구성된다.The stator is formed by forming a groove in an amorphous metal tape strip, spirally winding the amorphous metal tape having the groove formed thereon into a concave formed annular shape, and winding the wound amorphous metal tape by suitable stator winding.

미국 특허 4,211,944는 요홈 형성된 혹은 요홈없는 나선상 권취 혹은 에지-권취된 비정질 리본으로부터 만들어진 라미네이트된 고정자 혹은 회전자 코어를 갖는 방사상 에어갭 전기기기에 대하여 개시하고 있다. 상기 비정질금속 리본사이에는 유전체 물질이 배치되어 이들이 일체 커패시터의 플레이트로서의 기능도 한다.U.S. Patent 4,211,944 discloses a radial air gap electrical device having a laminated stator or rotor core made from a spatially wound or edge-wound amorphous ribbon with or without groove. A dielectric material is disposed between the amorphous metal ribbons so that they also function as a plate of an integral capacitor.

미국특허 4,255,684는 스트립물질 및 성형가능한 자기복합체, 비정질 금속테이프 및 비정질 플레이트나 이와 유사한 통상의 물질을 이용하여 제조된 모터용 고정자 구조에 대하여 개시하고 있다. 이들 및 다른 종래기술은 제조단가가 고가일뿐아니라 비정질 금속을 사용하여 방사상 에어갭 모터를 제조하기가 어려운 것으로 판명되었다.U.S. Patent No. 4,255,684 discloses a stator structure for a motor made using strip materials and moldable magnetic composites, amorphous metal tapes, and amorphous plates or similar conventional materials. These and other prior art techniques have proven to be difficult to manufacture radial air gap motors using amorphous metals as well as being expensive to manufacture.

여러가지 이유로 인하여, 이들 노력은 그다지 경쟁력이 있지 못하였으며 통상의 Si-Fe 모터에 비하여 그리 경쟁력이 있는 것으로 증명되지 않아 포기되었다. 그러나 개선된 방사상 에어갭 모터의 잠재적 잇점은 소멸되지 않았다.Due to various reasons, these efforts were not very competitive and were abandoned because they were not proven to be so competitive compared to conventional Si-Fe motors. However, the potential advantages of the improved radial air gap motor have not been eliminated.

현재는, 보다 큰주파수로 작동하는 전기기계들이 불첫분한 모터 설계로 인해 코어손실이 현저하게 크기 때문에 고속(즉 높은 rpm)전기 기계는 낮은 폴카운트(pole counts)로 제조되어 왔다. 이는 주로 대부분의 현존하는 모터에 사용되는 물질이 Si-Fe 합금이라는데서 기인한다.At present, high speed (i.e., high rpm) electrical machines have been manufactured with low pole counts because of the significantly large loss of cores due to the first motor designs of electrical machines operating at larger frequencies. This is mainly due to the fact that the material used in most existing motors is a Si-Fe alloy.

통상의 Si-Fe계 물질에서 400Hz이상의 주파수에서 자장을 변화시킴으로 생기는 손실은 그 물질이 가열되게 하고 가끔은 기기가 수용할 정도의 수단으로도 냉각될수 없을 정도로 가열되게 한다.The loss caused by changing the magnetic field at a frequency of 400 Hz or more in a conventional Si-Fe-based material causes the material to be heated and sometimes heated to such an extent that it can not be cooled by means that the device can accommodate.

고속 기계도구, 항공모터 및 엑튜에이터 및 컴프레샤 드라이브 같은 다양한 응용처는 고속에서, 예를들어 15,000~20,000rpm 정도, 경우에 따라서는 100,000rpm 까지에서도 작동할수 있는 전기 모터를 요구하는 것이다.Various applications such as high speed machine tools, aviation motors and actuators and compressor drives require electric motors that can operate at high speeds, for example, from 15,000 to 20,000 rpm, and sometimes up to 100,000 rpm.

지금까지 저손실 물질을 이용하여 쉽게 제조할수 있는 전기기기를 저단가로 제공하는 것은 아주 어려운 것으로 알려져 있다.Until now, it is known to be very difficult to provide low-cost electrical equipment that can be easily manufactured using low-loss materials.

이 분야에서는 저손실 물질의 특성을 첫분히 활용하면서 통상의 모터가 갖는 결점을 제거한 고효율 방사상 에어갭 전기 기기의 필요성이 여전히 상존하고 있는 것이다.In this field, there is still a need for a high-efficiency radial air gap electrical apparatus that eliminates the drawbacks of conventional motors while utilizing the characteristics of low loss materials for the first time.

이상적으로는, 개선된 모터가 기계적 및 전기적 에너지 형태사이를 고효율로 변환할수 있어 부수적으로 대기 오염을 줄일 수 있으면 보다 좋을 것이다.Ideally, it would be better if the improved motor could convert between mechanical and electrical energy forms at a high efficiency, which could, incidentally, reduce air pollution.

상기 모터는 보다 적고, 보다 가벼우며 필요로 하는 토크, 파워 및 속도의 요구에 부응할 것이다.The motor will be less, lighter, and will meet the demands of torque, power and speed required.

냉각의 필요성은 감소되며 배터리 파워로 작동하는 모터는 보다 장기간 작동할 것이다.The need for cooling is reduced, and motors running on battery power will run longer.

또한, 전기모터 및 제너레이터 산업은 효율과 출력밀도(powerdensity)가 향상된 모터 및 제너레이터를 제공할 수 있는 방법을 끊임없이 모색해 왔다. 근래 꽤 오랫동안, 슈퍼 영구자석 회전자(permanent super magnet rotors : 예컨대,코발트 희토류(cobalt rare earth) 자석 및 네오디뮴-철-붕소 자석) 및 박막 연질 자석재료로 이루어진 자기코어를 갖는 전자석을 포함하는 고정자를 사용하여 제작된 모터 및 제너레이터는 고전적인 모터 및 제너레이터에 비하여 충분히 높은 효율과 출력밀도를 제공할 수 있는 잠재력(potential)이 있다고 믿어져 왔다. 또한, 박막 연질 자석재료로 이루어진 코어는 자기장 변화에 대하여 전형적인 철 코어 재료(ferrous core materials)에 비하여 훨씬 신속히 반응할 수 있기 때문에, 박막 연질 자석재료로 이루어진 자기코어는 모터와 제너레이터 내에서 훨씬 빠른 전계 절환(field switching)을 가능케 할 수 있는 잠재력을 보유함으로써, 전형적인 철 코어에 비하여 한층 높은 속도와 더욱 향상된 제어력을 갖는 모터 및 제너레이터를 가능하게 한다. In addition, the electric motor and generator industries have been constantly exploring ways to provide motors and generators with improved efficiency and power density. In recent years, a stator comprising electromagnets having magnetic cores consisting of permanent super magnet rotors (e.g., cobalt rare earth magnets and neodymium-iron-boron magnets) and thin film soft magnetic materials It has been believed that the motors and generators used have the potential to provide sufficiently high efficiency and power density over classical motors and generators. In addition, since a core made of a thin film soft magnetic material can react much more quickly than a typical ferrous core material with respect to a change in magnetic field, a magnetic core made of a thin soft magnetic material has a much faster electric field By having the potential to enable field switching, it enables motors and generators with higher speeds and improved control over typical iron cores.

그러나, 지금까지 박막 연질 자석재료로 이루어진 자기코어를 가지며, 쉽게 제조할 수 있는 모터나 제너레이터를 제공하는 것은 매우 어렵다는 것이 입증되었다. 더욱이, 지금까지 알려져 있는 구성(configuration)들은 어떤 유형의 응용에 대해서는 보다 효율적일 수도 있는 이들 재료들의 성능을 완전히 이용하지는 못하였다.However, it has proved very difficult to provide a motor or generator that has a magnetic core made of a thin-film soft magnetic material and can be easily manufactured. Moreover, the configurations known so far have not taken full advantage of the performance of these materials, which may be more efficient for certain types of applications.

또한, 일반적인 선박의 종래 모터 장치는 선체 내에 배열된 모터와 선체를 통해서 방수 방식으로 연장되는 모터 샤프트의 단부에 배열된 프로펠러를 포함한다. 프로펠러가 회전할 때, 선박 주위의 물이 움직여서 선박을 전방으로 밀어내는 반응력을 발생시킨다.The conventional motor device of a general ship also includes a motor arranged in the hull and a propeller arranged at the end of the motor shaft extending in a waterproof manner through the hull. As the propeller rotates, the water around the vessel moves, generating a reaction force pushing the vessel forward.

상기 모터는 직접적으로 사용되는 디젤 엔진 또는 유사 내연기관, 양호하게는, 종래의 내연기관, 가스 터빈, 핵발전소 등에 의해서 필요한 전기가 공급되는 전기 모터일 수 있다. 이러한 선박들을 조정하는 것은 피봇팅 키(pivoting rudder)가 프로펠러의 항적(propeller's wake)에 제공되도록 종래 방식으로 구성된다. 상기 키는 항적을 편향시키므로 선박의 종방향에 대해서 측방향의 힘 성분을 발생시킨다.The motor may be a diesel engine or similar internal combustion engine used directly, preferably an electric motor powered by a conventional internal combustion engine, a gas turbine, a nuclear power plant or the like. Adjusting these vessels is conventionally done so that a pivoting rudder is provided to the propeller's wake. The key deflects the wake so as to generate a lateral force component with respect to the longitudinal direction of the ship.

다른 유형의 소위 추진 유닛은 이미 공지되어 있으며, 여기서, 프로펠러는 그와 같이 선박을 조정할 목적으로 피봇될 수 있다. 이러한 피봇팅 동작은 보다 복잡한 샤프트 장치에 의해서 또는 프로펠러가 수직 축선 주위에서 회전할 수 있도록 배열되는 모터 샤프트에 배열되는 방식으로 이루어질 수 있다. 이러한 후자의 구성은 애저무스 추진 장치(azimuthingpropulsion device)로 불리우며, 이러한 장치는, 예를 들어, 상표 AZIPOD 로 출원인에 의해서 판매되는 출원인의 핀란드 특허 제 76977 호에 기재되어 있다.Other types of so-called propulsion units are already known, in which the propeller can be pivoted for the purpose of adjusting the vessel as such. This pivoting operation can be done in a manner that is arranged in a more complicated shaft arrangement or in a motor shaft arranged so that the propeller can rotate about a vertical axis. This latter configuration is referred to as an azimuthhingpropulsion device, which is described, for example, in the applicant's Finnish Patent No. 76977, which is marketed by the applicant under the trademark AZIPOD.

일반적으로, 본래 공지된 현재의 애저무스 추진 장치에서, 전기 모터가 선체의 외부에 적당하게 위치한 조립체의 일부분인 모터 하우징에 배열된다. 상기 조립체는 선박에 대해서 회전할 수 있다. 그러나, 상대적으로 강력한 전기 모터는 실질적인 추진력 이외에, 모터에서 제거해야 할 상당한 양의 열을 발생시킨다. Generally, in the current known Asermouth propulsion unit, an electric motor is arranged in a motor housing which is part of an assembly suitably positioned outside the hull. The assembly is rotatable relative to the vessel. However, a relatively powerful electric motor generates a considerable amount of heat to be removed from the motor, in addition to the actual thrust.

통상적으로, 전기 모터는 동작 및 유지관리에 있어서 공냉식이 특히 적당한 것으로 확인되었기 때문에, 공냉식으로 구성된다. 이러한 경우에, 추가로 냉각 덕트(duct)를 제공하여서 모터 부근의 서비스 접근을 용이하게 한다. 그러나, 공냉식의 한 단점은 장치에 필요한 큰 공간이다. 액체로써 작동하는 냉각 장치를 실행하기 위한 시도가 있었으며, 그에 의해서, 실제 냉각 장치는 추진 유닛의 외부에 위치하지만, 실제적으로는, 그러한 해결방안은 그와 같은 애저무스 유닛이 회전하기에 적합하다는 사실을 고려하여 보다 복잡해질 수 있다. 모터를 포위하는 모터 하우징의 외부 케이싱을 통해서 냉각 작용이 행해지는 방식으로 모터를 구성하려는 추가 시도들이 행해졌지만, 이러한 해결 방안들은 만족스럽지 못하며, 단지 특수한 작용 원칙에 기초하여 항상 모터의 사용을 필요로 하였다.Typically, electric motors are air-cooled because air-cooling is found to be particularly suitable for operation and maintenance. In this case, additional cooling ducts are provided to facilitate service access near the motor. However, one drawback of air cooling is the large space required for the device. There has been an attempt to implement a cooling device that operates as a liquid so that the actual cooling device is located external to the propulsion unit, but in practice such a solution has the advantage that such a lazy moose unit is suitable for rotation Can be made more complicated. Further attempts have been made to construct the motor in such a way that the cooling action is effected through the outer casing of the motor housing surrounding the motor, but these solutions are not satisfactory and require only the use of the motor always on the basis of special operating principles Respectively.

또한, 에너지 저장장치는 전력수요에 유연하게 대처가능하게 함은 물론 전기 품질을 향상시킬 수 있는 효율적인 수단으로써 많은 연구가 진행되어 왔다.In addition, energy storage devices have been studied extensively as an efficient means for flexibly coping with electric power demand and improving electric quality.

이를 테면, 내연기관에서는 가스압력의 변동, 피스톤 크랭크기구 등에 의한 1사이클 동안의 구동력의 불균형은 그대로의 상태에서는 없앨 수 없다. 구동력과 부하(負荷)에 차이가 있으면 회전속도가 변동한다. 기계는 회전하는 동안에 가능한 한 순조롭게 변동 없이 회전하는 것이 바람직하다. 그래서 변동을 적게 하기 위해 플라이휠을 사용한다. 다시말해, 플라이휠이란 회전속도를 고르게 하기 위해 장치된 바퀴로서, 회전하는 축에 장착되어 회전속도를 균일하게 하도록 관성모멘트가 큰 것이 특징이다.For example, in the internal combustion engine, unbalance of the driving force during one cycle by the fluctuation of the gas pressure and the piston crank mechanism can not be eliminated in the state as it is. If there is a difference between the driving force and the load (load), the rotation speed fluctuates. It is desirable that the machine rotate as smoothly as possible while rotating. So use a flywheel to reduce the fluctuations. In other words, the flywheel is a wheel that is installed to even out the rotational speed, and is mounted on the rotating shaft and has a large moment of inertia to make the rotational speed uniform.

플라이휠 에너지 저장장치는 축전지 등의 화학적 저장방식 대신에 플라이휠의 관성을 이용하여 회전운동에너지로 변환하여 저장하고, 필요시 전기에너지로 순시에 출력하는 기계적 에너지 저장방식을 통한 에너지 저장장치이다. 다시 말해, 에너지 저장시에는 전기에너지로 플라이휠 내부에 존재하는 전동발전기의 모터를 동작시켜 전기에너지를 플라이휠의 회전 관성모멘트를 통한 기계에너지로 저장하고, 나중에 필요시 플라이휠에 저장되어 있던 기계적 에너지를 다시 전동발전기로 동작시켜 전기에너지로 변환시켜 부하에 공급하는 에너지 저장장치를 의미한다.The flywheel energy storage device is an energy storage device through a mechanical energy storage method that converts the rotational energy into rotational kinetic energy by using the inertia of flywheel instead of a chemical storage method such as a battery, and outputs the rotational kinetic energy instantly when necessary. In other words, when energy is stored, electric energy is stored in the flywheel as a mechanical energy through the rotation inertia moment of the flywheel by operating the motor of the electric generator in the flywheel, and the mechanical energy stored in the flywheel is re- Means an energy storage device that operates as a generator and converts it to electrical energy and supplies it to a load.

플라이휠 에너지 저장장치는 주로 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply : UPS), 전력품질 개선용, 태양광 및 풍력과 같은 신재생 에너지의 저장 및 변동하는 부하에 대한 부하 평준화용으로 사용가능하다.Flywheel energy storage devices are mainly used for uninterruptible power supply (UPS), power quality improvement, storage of renewable energy such as solar and wind power, and load leveling for fluctuating loads.

그러나, 종래의 기계식 플라이휠 및 전자식 플라이휠은 기계적 마찰이 상당히 크거나 외부에서 계속적으로 전원이 공급되어야 하므로 에너지의 장기 저장이 불가능하므로 주로 무정전전원장치나 전력품질 개선용으로 사용하는 예가 많다.However, conventional mechanical flywheels and electronic flywheels are often used for uninterruptible power supply and power quality improvement because long-term storage of energy is not possible because mechanical friction is considerably large or power is continuously supplied from the outside.

종래의 일반적인 플라이휠 에너지 저장장치에 사용되는 전동발전기인 영구자석형 전동발전기(Permanent Magnet Synchornous Motor/Generator : PMSM/G)를 나타낸다. 초전도 플라이휠 에너지 저장장치는 복합재로 구성된 플라이휠과 상부 및 하부에 각각 1개씩의 2개의 초전도 베어링으로 구성되어 있다. 상기 초전도 베어링은 저어널 형태(journal type)의 베어링이며, 축을 수직으로 세워서 회전하는 형태인 수직축형 초전도 플라이휠 에너지 저장장치이다.(Permanent Magnet Synchronous Motor / Generator: PMSM / G) which is a motor generator used in a conventional general flywheel energy storage device. The superconducting flywheel energy storage device consists of a flywheel composed of a composite material and two superconducting bearings, one at the top and one at the bottom. The superconducting bearing is a journal type bearing and is a vertical axis superconducting flywheel energy storage device in which the shaft rotates vertically.

상기 초전도 베어링은 초전도체로 구성된 부분과 영구자석으로 구성되는데 영구자석 부분은 축 방향으로 자화된 두 개의 자석에 링모양의 철을 삽입한 구조로 되어 있다. 여기서, 영구자석은 서로 같은 극끼리 마주 보게 하여 반경방향으로 자속이 분포되게 구성된다. 에너지가 저장되는 부분인 플라이휠은 티타늄으로 구성된 축과 복합제 휠로 구성될 수 있으며, 공기 마찰에 의한 풍손을 없애기 위하여 챔버 내부에 삽입하여 진공을 유지할 수 있도록 구성된다.The superconducting bearing is composed of a portion composed of a superconductor and a permanent magnet. The permanent magnet portion has a structure in which ring-shaped iron is inserted into two magnets magnetized in the axial direction. Here, the permanent magnets are configured such that the magnetic fluxes are radially distributed in such a manner that the same poles face each other. The flywheel, where energy is stored, can be composed of a shaft and a composite wheel made of titanium. The flywheel is constructed to be able to maintain vacuum by inserting it into the chamber in order to eliminate wind damage due to air friction.

플라이휠 에너지 저장장치 중 도시된 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(Superconductor Flywheel Energy Storage System : SFES)의 경우는 매우 적은 손실로 에너지의 장기 저장이 가능하여 잉여전력의 효율적 사용을 통하여 전력수요에 유연하게 대처가능하기 때문에 전기 에너지 이용을 극대화할 수 있다.The superconductor flywheel energy storage system (SFES) shown in the flywheel energy storage device can store energy for a long period of time and can cope with the electric power demand through efficient use of surplus electric power. Therefore, the utilization of electric energy can be maximized.

일반적으로, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)에는 초전도 마그네틱 베어링과 회전체 및 영구자석이 구성된 전동발전기를 포함하여 구성된다.Generally, a superconducting flywheel energy storage device (SFES) includes a motor generator having a superconducting magnetic bearing, a rotor, and a permanent magnet.

상기 회전체의 회전운동에너지는 회전각속도의 제곱과 관성모멘트의 곱으로 나타낼 수 있는데, 회전속도가 높을수록 에너지 저장용량이 보다 효율적으로 높아질 수 있다.The rotational kinetic energy of the rotating body can be expressed as a product of the square of the rotational angular velocity and the moment of inertia. The higher the rotational speed, the more efficiently the energy storage capacity can be obtained.

그러나, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)의 구성방식에 따라서 에너지의 저장 효율에 많은 차이가 발생할 수 있다. 다시 말해, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)에는 공기마찰에 의한 풍손, 초전도 베어링 및 영구자석을 사용하는 전동발전기 등에 의해서 저장된 에너지의 손실이 발생한다.However, depending on how the superconducting flywheel energy storage device (SFES) is constructed, there may be a large difference in energy storage efficiency. In other words, superconducting flywheel energy storage devices (SFES) suffer from loss of stored energy due to wind damage due to air friction, superconducting bearings and motor generators using permanent magnets.

특히, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)에 포함되는 영구자석형 전동발전기(Permanent Magnet Synchornous Motor/Generator : PMSM/G)를 구동함에 따라 내부의 영구자석에서 발생되는 자속변화에 따라 와전류가 야기된다.Particularly, when a permanent magnet type synchronous motor / generator (PMSM / G) included in a superconducting flywheel energy storage device (SFES) is driven, an eddy current is generated in accordance with a magnetic flux change generated in an internal permanent magnet.

결국, 상기 와전류에 의해 전동발전기에는 열이 발생되면서 회전체의 회전 [0018] 속도가 줄어들면서 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)의 전체효율은 감소되는 문제점이 발생된다.As a result, the electric current is generated in the electric motor due to the eddy current, and the rotating speed of the rotating body is reduced, thereby reducing the overall efficiency of the superconducting flywheel energy storage device (SFES).

일반적으로, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에 포함된 영구자석형 전동발전기(PMSM/G)에는 고정자 코어에 코일이 설치가 되어 있으며, 그 내부에서 영구자석이 회전하는 형태로 구성되며, 전동발전기의 고정자 코어는 슬롯타입과 슬롯리스 타입의 구조로 분류된다.Generally, in a permanent magnet type electric motor generator (PMSM / G) included in a superconducting flywheel energy storage device, a coil is installed in a stator core, a permanent magnet rotates inside the permanent magnet, Are classified into a slot type and a slotless type structure.

슬롯형 구조는 구리 코일이 슬롯 내부로 들어가 있기 때문에 투자율이 낮아 영구자석에서 발생한 자속이 일부누설을 제외하고는 투자율이 높은 치(teeth)쪽으로 발생하게 된다. 따라서, 이러한 구조는 구리코일에 의한 손실은 그다지 크지 않지만 코어의 치에 의해서 발생하는 손실이 상당히 크게 된다.Since the slotted structure has a low magnetic permeability because the copper coil is inserted into the slot, the magnetic flux generated from the permanent magnet is generated toward the teeth with high magnetic permeability except for some leakage. Therefore, although the loss due to the copper coil is not so large in such a structure, the loss caused by the teeth of the core is considerably large.

반면에, 슬롯리스 형태의 경우 구리코일이 영구자석에 의한 자속에 노출되어 있기 때문에 영구자석이 높은 속도로 회전함에 따라 구리 코일에는 상당히 큰 와전류(eddy current)가 발생하게 되어 이는 결국 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)에 저장된 에너지의 손실을 발생시키는 요인이 되고 있다.On the other hand, in the case of the slotless type, since the copper coil is exposed to the magnetic flux by the permanent magnet, as the permanent magnet rotates at a high speed, a considerably large eddy current is generated in the copper coil, Causing a loss of energy stored in the device (SFES).

결국, 종래의 영구자석형 전동발전기(PMSM/G)를 사용함에 따라 발생되는 와전류는 전동발전기 내부의 회전체의 회전속도를 줄어들게 함으로써 결국 회전운동에너지를 감쇄시켜 플라이휠 에너지 저장장치의 에너지 저장 효율을 떨어뜨리게 되어 저장장치로서의 기능을 제대로 할 수 없게 되는 문제점이 있다.As a result, the eddy current generated by the use of the conventional permanent magnet type electric motor generator (PMSM / G) reduces the rotational speed of the rotating body in the electric motor generator, thereby attenuating the rotational kinetic energy and reducing the energy storage efficiency of the flywheel energy storage device So that the storage device can not function properly.

[특허문헌 1] 국내 공개특허 제10-2005-0016294호 (2005년 02월 21일)[Patent Document 1] Published Japanese Patent Application No. 10-2005-0016294 (February 21, 2005) [특허문헌 2] 국내 공개특허 제10-2014-0025215호 (2014년 03월 04일)[Patent Document 2] Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0025215 (March 04, 2014) [특허문헌 3] 국내 공개특허 제10-2011-0041647호 (2011년 04월 22일)[Patent Document 3] Published Japanese Patent Application No. 10-2011-0041647 (April 22, 2011) [특허문헌 4] 국내 공개특허 제10-2011-0075874호 (2011년 07월 06일)[Patent Document 4] Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0075874 (Jul. 06, 2011)

본 발명은 무기계열, 금속계열 물질을 물리적 화학적 전기적 방법으로 미세하게 나노(Nano)입자화 가공된 무기계 바인더와 유기계 바인더를 적절하게 바인딩(Binding) 한 나노 방열도료를 제조하여 선박용 모터를 코팅함으로써, 지속적인 사용에 의해 발생하는 열을 외부로 방열하여 선박용 모터의 효율을 높일 수가 있도록 하는 데에 있다.The present invention relates to a nano-radiating coating material in which inorganic-based or metal-based materials are suitably bound to an inorganic binder and an organic binder finely processed by a nano-particle method by physico-chemical and electrical methods, The heat generated by the continuous use is dissipated to the outside, and the efficiency of the marine motor can be increased.

본 발명은 나노(Nano)세라믹도료에 의해 선박용 모터의 수명을 연장시킬 수 있음과 아울러 방열에 필요한 냉각장치가 필요하지 않아 경제적으로도 우수하다.The present invention is economical because it can extend the service life of marine motors by using a nano ceramic paint and does not require a cooling device necessary for heat radiation.

따라서, 본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의해 모두 달성될 수 있다.Therefore, the above objects and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

본 발명은 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터와 ESS시스템이 부착된 자연 에너지 선박는, The present invention relates to a natural energy vessel equipped with a high-efficiency generator using nanomaterials and an ESS system,

다이아몬드 분말, CNT분말, 그래핀 분말, 흑면분말, 규사분말, 질화붕소 분말, 질화규소 분말, 탄화규소 분말, 알루미나 분말, 지르코이나 분말, 산화 알루미늄 분말로 이루어진 무기물질계열과, 백금분말, 은 분말, 구리 분말, 알루미늄 분말, 철 분말, 니켈 분말, 주석 분말, 납 분말으로 이루어진 금속물질 계열을 물리적 화학적 전기적 방법으로 미세하게 나노(Nano)입자화 가공된 무기계 바인더와 유기계 바인더를 적절하게 바인딩(Binding)하여, 결합체인 졸(Sol)-겔(Gel) 프로세스 무기도료를 무기접착제에 적절히 분산, 반응시킨 후, 선박용 모터에 나노 코팅한 것을 특징으로 한다.A powder of an inorganic material consisting of diamond powder, CNT powder, graphene powder, blackface powder, siliceous powder, boron nitride powder, silicon nitride powder, silicon carbide powder, alumina powder, zirconia powder and aluminum oxide powder, (Binding) of an inorganic binder and an organic binder finely processed by a nano-particle process by a physical chemical and electrical method is used for binding a metal material series composed of copper powder, copper powder, aluminum powder, iron powder, nickel powder, tin powder, ), And a sol-gel process inorganic coating material as a combined material is appropriately dispersed and reacted with an inorganic adhesive agent, and then nano-coated onto a marine motor.

본 발명 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터와 ESS시스템이 부착된 자연 에너지 선박는 다음과 같은 효과를 얻을 수가 있다. The natural energy vessel equipped with the ESS system and the high efficiency generator using the nanomaterial of the present invention can obtain the following effects.

첫째, 무기계열, 금속계열 물질을 물리적 화학적 전기적 방법으로 미세하게 나노(Nano)입자화 가공된 무기계 바인더와 유기계 바인더를 적절하게 바인딩(Binding) 한 후, 선박용 모터에 전처리 후 코팅함으로써, 모터의 효율 및 파워밀도를 증진시킬 수가 있다. First, inorganic binders and metal-based materials are finely blended with nanocomposite inorganic and organic binders by means of physicochemical and electrical methods, and then pre-coated on marine motors. And the power density can be improved.

둘째, 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터를 선박에 사용함으로써, 나노(Nano)세라믹도료에 의해 선박용 모터의 수명을 연장시킬 수 있음과 아울러 방열에 필요한 냉각장치가 필요하지 않아 경제적으로도 우수하다.Second, by using a high-efficiency generator using nanomaterials for ships, it is possible to prolong the life of marine motors by using a nano ceramic paint and economically excellent because there is no need for a cooling device necessary for heat radiation.

셋째, 나노(Nano)세라믹도료에 의해 선박용 모터의 수명을 연장시킬 수가 있다.Third, the life of marine motors can be extended by using nano ceramic paint.

넷째, 본 발명에 의한 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터를 구비함으로써, 종래의 영구자석의 자속변화에 따라 발생하는 와전류에 의해서 플라이휠 에너지저장장치의 에너지저장효율이 크게 떨어졌던 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.Fourthly, by providing a high-efficiency generator using the nanomaterial according to the present invention, it is possible to solve the problem that the energy storage efficiency of the flywheel energy storage device is significantly lowered due to the eddy current generated according to the flux change of the conventional permanent magnet have.

도 1은 본 발명에 따른 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터와 ESS시스템이 부착된 자연 에너지 선박의 구성도이다.1 is a schematic view of a natural energy ship equipped with a high-efficiency generator using a nanomaterial according to the present invention and an ESS system.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be practiced by those skilled in the art

본 발명은 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터를 제조하기 위한 것으로, 무기물질계열, 금속물질 계열을 물리적 화학적 전기적 방법으로 미세하게 나노(Nano)입자화 가공된 무기계 바인더와 유기계 바인더를 적절하게 바인딩(Binding) 한 후, 전처리 후 선박용 모터에 나노 방열도료를 코팅하여 제조된다.The present invention relates to a method for manufacturing a high-efficiency generator using nanomaterials, which comprises the steps of binding an inorganic binder and an organic binder to an inorganic binder and an organic binder by a physical, chemical and electrical method, ), And coating the nano-radiating paint on the ship motor after the pretreatment.

이때, 상기 선박용 모터 유닛은 전기 모터와 같은 종류를 포함하며, 상기 선박용 모터의 케이싱 구조체가 한정되지 않으며, 이 경우에 그러한 모터의 구조체는 케이싱을 추가적으로 구성하고 본 발명의 범주는 역시 그러한 실시예도 포함한다.In this case, the marine motor unit includes the same kind as the electric motor, and the casing structure of the marine motor is not limited. In this case, the structure of such a motor additionally constitutes a casing, and the scope of the present invention also includes such an embodiment do.

또한, 상기 무기물질계열은 다이아몬드 분말, CNT분말, 그래핀 분말, 흑면분말, 규사분말, 질화붕소 분말, 질화규소 분말, 탄화규소 분말, 알루미나 분말, 지르코이나 분말, 산화 알루미늄 분말 이며,The inorganic material may be selected from the group consisting of diamond powder, CNT powder, graphene powder, blackface powder, silica powder, boron nitride powder, silicon nitride powder, silicon carbide powder, alumina powder, zirconia powder,

금속물질 계열은 백금분말, 은 분말, 구리 분말, 알루미늄 분말, 철 분말, 니켈 분말, 주석 분말, 납 분말으로 이들은 물질을 물리적 화학적 전기적 방법으로 나노 상태로 만든 후, 결합체인 졸(Sol)-겔(Gel) 프로세스 무기도료를 무기접착제에 적절히 분산, 반응 시킨 후, 제네레이터에 코팅하였다.These metal materials are platinum powder, silver powder, copper powder, aluminum powder, iron powder, nickel powder, tin powder and lead powder. These materials are made into a nano-state by physical chemical and electrical methods, (Gel) Process The inorganic coating material was appropriately dispersed and reacted with an inorganic adhesive, and then coated on a generator.

즉, 상기 나노(Nano)방열도료의 주요기능 다음과 같다.That is, the main functions of the above-mentioned Nano heat radiation paint are as follows.

첫째, 방열기능 First,

둘째, 내 식성(산성물질에 의한 부식방지기능)Second, corrosion resistance (anti-corrosion function by acidic substance)

셋째, 내 알칼리성(알칼리성물질에 의한 부식방지기능)Third, it is resistant to alkali (anti-corrosive function by alkaline substance)

넷째, 내 화학성(모든 화학물질에 의한 화학반응성 방지기능)Fourth, chemical resistance (chemical reactivity prevention function by all chemicals)

다섯째, 부착강도강화, 신소재개발Fifth, strengthening of adhesion strength, development of new material

여섯째, 절열기능 향상Sixth, enhancement of heat saving function

일곱번째, 열전달기능 향상Seventh, improved heat transfer

상기와 같이 제조된 나노 방열도료를 선박용 모터에 코팅하고,이 선박용 모터를 선박의 주요부분에 사용할 수 있도록 하였다. The nano-radiating paint prepared as described above is coated on a marine motor, and the marine motor can be used as a main part of a ship.

이때, 코팅두께는 내열성, 내식성 등을 감안하며 특히 충분히 방열할 수 있는 두께를 설정하여 코팅하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the coating thickness is set in consideration of heat resistance, corrosion resistance and the like, and particularly, a thickness capable of sufficiently dissipating heat.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 선박(10)에 태양광모듈(20)이나 풍력장치를 설치하고, 여기서 발생하는 전기를 ESS시스템 즉, 에너지저장장치(30)에 축적되어 선박에서 필요한 전기를 바로 사용하거나 또는 선박이 운행되는 동안 제레네이터(40)에 의해 발생되는 전기가 상기 에너지저장장치(30)에 저장되어 사용할 수 있도록 하였다.1, a solar module 20 or a wind turbine is installed on a ship 10, and electricity generated there is stored in an ESS system, that is, an energy storage device 30, Or the electricity generated by the generator 40 during the operation of the ship can be stored in the energy storage device 30 for use.

이때, 상기 에너지저장장치(30)와 제레네이터(40) 또는 에너지저장장치(30)와 태양광모듈(20) 사이에는 커패시터(capacitor)(도시하지 않음)가 설치되어 에너지저장장치(30)로부터 에너지를 전송받아 직류 전력 형태로 충전하거나 또는 직류 전력 형태로 충전된 에너지를 전력 변환 제어부(도시하지 않음) 측으로 방전한다.At this time, a capacitor (not shown) is installed between the energy storage device 30 and the gerenator 40 or between the energy storage device 30 and the solar module 20, Energy is received and charged in a DC power form, or the energy charged in a DC power form is discharged to a power conversion control unit (not shown).

즉, 전기에너지를 저장하는 소자로는 배터리(battery)와 커패시터가 대표적이다. 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 커패시터(Super Capacitor)라고도 불리우며, 전해콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지저장장치로서 높은 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대체가 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.That is, a battery and a capacitor are typical devices for storing electric energy. Ultra Capacitor is an energy storage device with intermediate characteristics between an electrolytic capacitor and a secondary battery. It is highly efficient and has a semi-permanent lifetime, so it can be used in combination with a secondary battery. Energy storage device.

울트라 캐패시터는 에너지 저장메커니즘에 따라 전기이중층 캐패시터(EDLC; electric double layer capacitor)와 유사캐패시터(pseudocapacitor)로 나눌수 있다.Ultracapacitors can be divided into electric double layer capacitors (EDLC) and pseudocapacitors according to the energy storage mechanism.

유사캐패시터는 전극표면 혹은 표면근처의 전극내부에 전하가 축전되는 현상을 이용하지만, EDLC는 전극과 전해질 계면의 전기이중층에 전하가 흡착되는 성질을 이용한다.Similar capacitors utilize the phenomenon that charge accumulates in the electrode surface or inside the electrode near the surface, but EDLC utilizes the property that charge is adsorbed on the electric double layer of the electrode and the electrolyte interface.

따라서, 본 발명은 EDLC는 활성탄소와 같이 표면적이 넓은 물질을 전극의 활물질로 하여 전극물질의 표면과 전해질의 접촉면에 전기이중층을 형성할 수 있도록 하였다. 즉, 전극과 전해질 용액의 경계면에서 서로 다른 극성을 갖는 전하층이 정전 효과에 의해 생성되는데, 이렇게 형성된 전하 분포를 전기이중층이라고 하며, 이와 같은 현상으로 마치 축전지에서와 같은 축전 용량을 갖게 된다.Therefore, the present invention enables the EDLC to form an electric double layer on the surface of the electrode material and the interface between the electrode material, using a substance having a large surface area such as activated carbon as an electrode active material. That is, a charge layer having different polarities at the interface between the electrode and the electrolyte solution is generated by the electrostatic effect. The charge distribution thus formed is called an electric double layer, and the charge capacity is the same as that of the battery.

상기와 같은 전기이중층 커패시터는 전기를 저장하는 메커니즘이 화학반응을 이용하는 축전지와 달리 전해질의 계면에 형성되는 전기이중층에 전하를 저장하므로, 즉 물리적인 전하의 축적에 의한 축전현상을 이용하므로, 반복사용에 따른 열화현상이 없으며, 높은 가역특성과 긴 사용 수명을 가지도록 하였다.
Unlike a battery using a chemical reaction, the electric double layer capacitor stores electric charges in the electric double layer formed at the interface of the electrolyte. That is, the electric double layer capacitor utilizes a charging phenomenon by accumulation of physical charges, And has high reversibility characteristics and long service life.

이상에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예들을 중심으로 설명되었다. 첨부된 도면 및 전술한 실시예들은 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 그러므로, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 전술한 실시예들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예들이 아니라 첨부된 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들이 전술한 발명의 범위에 포함되어 있음은 자명하다.In the foregoing, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings and the foregoing embodiments are provided by way of illustration for purposes of clarity of understanding to those skilled in the art to which the present invention pertains. It is, therefore, to be understood that the various embodiments of the present invention may be embodied in various forms without departing from the essential characteristics thereof, and the above-described embodiments are to be considered as illustrative and not restrictive. Accordingly, the scope of the present invention should be construed in accordance with the invention as set forth in the appended claims rather than the foregoing embodiments, and various changes, alternatives, and equivalents by those skilled in the art may be made by the inventions It is obvious that it is included in the range of.

10 : 선박 20 : 태양광
30 : 제너레이터 40 : 에너지저장장치
10: Ship 20: Solar light
30: Generator 40: Energy storage device

Claims (2)

양극전극 및 음극전극과; 양극리드선 및 음극리드선과; 상기 양극전극과 음극전극 사이에 위치하여 본 양극전극과 음극전극을 전기적으로 분리하기 위한 분리막과; 상기 양양극전극과 음극전극과 분리막을 수용하는 하우징과; 상기 하우징 내에 수용되는 전해액과; 상기 양극리드선과 음극리드선이 각각 연결되는 양극단자 및 음극단자를 포함하는 에너지 저장장치에 있어서,
상기 분리막은 다이아몬드 분말, CNT분말, 그래핀 분말, 흑면분말, 규사분말, 질화붕소 분말, 질화규소 분말, 탄화규소 분말, 알루미나 분말, 지르코이나 분말, 산화 알루미늄 분말로 이루어진 무기물질계열과, 백금분말, 은 분말, 구리 분말, 알루미늄 분말, 철 분말, 니켈 분말, 주석 분말, 납 분말으로 이루어진 금속물질 계열을 물리적 화학적 전기적 방법으로 미세하게 나노(Nano)입자화 가공된 무기계 바인더와 유기계 바인더를 적절하게 바인딩(Binding)하여, 결합체인 졸(Sol)-겔(Gel) 프로세스 무기도료를 무기접착제에 적절히 분산, 반응시킨 것을 특징으로 하는 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터와 ESS시스템이 부착된 자연 에너지 선박.
An anode electrode and a cathode electrode; An anode lead wire and a cathode lead wire; A separator disposed between the anode and the cathode for electrically separating the anode and the cathode from each other; A housing accommodating the positive and negative electrodes and the separator; An electrolyte contained in the housing; And an anode terminal and a cathode terminal, to which the positive lead wire and the negative electrode lead wire are connected, respectively,
Wherein the separation membrane comprises an inorganic material series composed of diamond powder, CNT powder, graphene powder, blackface powder, silica powder, boron nitride powder, silicon nitride powder, silicon carbide powder, alumina powder, zirconia or powder, aluminum oxide powder, The inorganic binder and the organic binder, which are finely processed into nano particles by physico-chemical and electrical methods, are appropriately mixed with the metal material series of silver powder, copper powder, aluminum powder, iron powder, nickel powder, tin powder and lead powder A natural energy vessel equipped with a high efficiency generator using nanomaterials and an ESS system, characterized in that an inorganic coating material of a sol-gel process as a binder is appropriately dispersed and reacted with an inorganic adhesive.
제1 항에 있어서, 상기 에너지저장치를 선박에 설치된 풍력장치 또는 태양광모듈로부터 발생하는 전기를 축전하는 것을 특징으로 하는 나노물질을 이용한 고효율의 제너레이터와 ESS시스템이 부착된 자연 에너지 선박.The natural energy vessel according to claim 1, wherein the energy storage unit is configured to store electricity generated from a wind turbine unit or a solar module installed on a ship, and a high efficiency generator using a nanomaterial and an ESS system.
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