KR101337100B1 - 연료를 복수의 연료 전지로 분배하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

복수의 통신 디바이스(104, 106, 108)를 포함하는 개인 영역 네트워크(100)가 제공된다. 통신 디바이스는 서로간에 통신할 수 있고, 접속 포인트와 통신할 수 있다. 통신 디바이스는 복수의 연료 전지(110, 112, 114)로부터 에너지를 도출한다. PAN은, 통신 디바이스가 접속 포인트에 부착되어 있으면, 공통 연료 컨테이너(116)로부터 복수의 연료 전지로 연료를 분배할 수 있다.
Figure R1020077025681
연료 전지, 개인 영역 네트워크, 통신 디바이스, PDA, 호스트 디바이스

Description

연료를 복수의 연료 전지로 분배하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DISTRIBUTING FUEL TO MULTIPLE FUEL CELLS}
본 발명은 일반적으로 개인 영역 네트워크 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 개인 영역 네트워크에서 복수의 연료 전지로 연료를 분배하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
개인 영역 네트워크(Personal Area Network)는 컴퓨터, 전화, PDA, 헤드셋 또는 이어피스(earpiece), 이미저 또는 카메라, 걸음걸이, 호흡, 또는 심장 기능과 같은 활동을 측정하기 위한 신체-착용 센서, 또는 혈압, 혈액의 화학적 성질등과 같은 다른 건강 관련 센서, 키보드, 마우스, 프린터등과 같은 복수의 디바이스를 포함한다. 이들 디바이스 각각은 별개로 기능할 수 있고, 따라서 별개의 에너지원을 요구할 수 있다. 사용자는 이들 에너지원을 유지 관리한다. 전형적으로, 이들 디바이스는 휴대용이고, 사용자는 이들을 여기저기로 갖고 다니게 된다. 따라서, 사용자는 또한 각각의 디바이스에 대해 별개의 에너지원을 갖고 다녀야 한다.
이상적으로 각각의 디바이스는, 에너지 저장 용량이 모든 디바이스에 대해 동일한 사용 시간에 충분하도록 설계된다. 필요한 연료의 양은 통상적인 사용의 경우에는 예측가능하지만, 몇몇 디바이스가 통상적인 경우보다 더 에너지를 요구하 는 예외적인 이용의 경우가 존재한다. 다른 디바이스는 다량의 이용가능한 에너지를 갖는 반면에 단지 하나의 디바이스에 대해서만 에너지 보충이 필요한 불가피한 상황이 존재하고, 이것은 사용자에게 불편하고 혼란스러울 수 있다.
지난 수년간, 에너지원으로서 연료 전지의 이용은 증가하고 있다. 연료 전지는 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 원리에 따라 동작한다. 이 원리는 또한 에너지의 전기-화학적 변환으로 알려져 있다. 연료 전지에 요구되는 연료는 수소 및 산소와 같은 가스 형태가 될 수 있고, 또는 메탄올 또는 특수 알콜과 같은 액체 형태가 될 수 있다.
각각의 연료 전지는 별개의 연료 저장 컨테이너로부터 재충전을 요구하는 연료를 운반하는 연료 컨테이너를 포함하고, 이것은 디바이스가 연료를 다 쓸 때마다 사용자가 별개의 연료 컨테이너에 디바이스를 손수 부착해야 하는 것을 요구하므로 불편하다. 이 문제를 해결하기 위해, 종래의 해결책은 공통 연료 전지를 구비한 배터리 구동 PAN 디바이스의 사용을 포함한다. 이 해결책에 따르면, 공통 연료 전지는 디바이스내의 배터리 각각을 충전하기 위한 전자 접속을 제공한다. 연료 전지는 배터리에 대한 충전을 통해 에너지를 공급하기 때문에, 전기-화학적 변환은 먼저 연료 전지에서 발생하고, 다음에 다른 전기-화학적 변환은 배터리에서 발생한다. 그러나, 일련의 2개의 전기-화학적 변환은 에너지의 손실을 발생시킨다. 배터리 후면으로부터 연료 전지로의 에너지의 역 전송은 또한 비효율적이고, 게다가 개인 영역 네트워크 디바이스간에서 에너지를 재분배하는 목적을 위해 과다하게 고가인 특별한 장비를 필요로 한다.
따라서, 단지 하나의 전기-화학적 에너지 변환을 필요로 하는 메커니즘에 의해, 개인 영역 네트워크에서 디바이스간에 에너지를 공급 또는 재분배하는 편리하고 더 효율적인 방법이 필요하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 개인 영역 네트워크(PAN)의 예시적인 콤포넌트를 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 분산 관리 시스템의 예시적인 콤포넌트를 도시하는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 예시적인 사용자 인터페이스를 도시하는 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 연료의 피어-투-피어 분배의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 복수의 연료 전지로 연료를 분배하는 예시적인 방법을 도시하는 순서도.
본 발명은 복수의 연료 전지로 연료를 분배하는 시스템 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 연료는 중앙 허브 또는 공통 접속 포인트로부터 분배된다. 다른 실시예에서, 피어-투-피어(peer-to-peer) 모델이 연료를 분배하는데 이용된다. 피어-투-피어 모델에서, 연료는 복수의 연료 전지 중 하나로부터 복수의 연료 전지 중 다른 것으로 분배된다.
일 실시예에서, 연료 전지는 복수의 통신 디바이스에 에너지를 제공한다. 또한, 통신 디바이스는 개인 영역 네트워크(PAN)를 구성한다. PAN은 예컨대, 10미터의 매우 단 범위를 갖는 무선 통신 네트워크이다. PAN은, 전화, PDA, 헤드셋, 이미저(imager), 센서, 키보드, 마우스, 프린터등과 같은 복수의 통신 디바이스를 컴퓨터에 접속하는데 이용된다. 통신 디바이스는 착탈가능하고, 독립적으로 동작할 수 있다. 또한, 통신 디바이스는 유선 또는 무선일 수 있다.
일 실시예에서, PAN은 연료를 통신 디바이스의 연료 전지로 분배할 수 있고, 통신 디바이스는 적어도 하나의 접속 포인트에 접속된다. 접속 포인트의 일례는, 이하 호스트 디바이스로 명칭되는, 컴퓨터이다.
본 발명의 일 양태는 에너지를 호스트 디바이스로부터 PAN내의 다양한 통신 디바이스로 공급하는 것이다. 에너지는 호스트 디바이스의 연료 전지로부터 통신 디바이스의 연료 전지로 연료를 재분배함으로써 공급된다. 본 발명의 다른 양태는 통신 디바이스의 연료 전지로부터 PAN내의 다른 통신 디바이스의 연료 전지로 연료를 재분배하는 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 연료 전지가 단지 하나의 전기-화학적 변환을 이용하도록 하는 것이다. 에너지는 연료의 재분배에 의해 직접 공급되므로, 단지 하나의 전기-화학적 변환이 각각의 연료 전지에 의해 요구된다.
도 1을 참조하면, PAN(100)의 예시적인 콤포넌트를 도시하는 블록도가 도시된다. PAN(100)은 이하 호스트 디바이스(102)로 명칭되는, 접속 포인트, 및 통신 디바이스(104, 106, 108)를 포함한다. 통신 디바이스(104, 106, 108)는 서로간에 통신할 수 있고, 호스트 디바이스(102)와 통신할 수 있다. 통신 디바이스(104, 106, 108) 및 호스트 디바이스(102)는 착탈가능하고, 독립적으로 기능할 수 있다. 3개의 통신 디바이스가 단지 예시를 위한 목적으로 도시되었음을 유의한다. PAN(100)은 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이, 하나 이상의 통신 디바이스를 포함할 수 있다.
통신 디바이스(104, 106, 108)는 연료 전지(110, 112, 114)로부터 에너지를 도출한다. 일 실시예에서, 연료 전지(110, 112, 114)는 통신 디바이스(104, 106, 108)내에 위치한다. 연료 전지(110, 112, 114)는 공통 연료 컨테이너(116)에 접속된다. 공통 연료 컨테이너(116)는 연료 전지(110, 112, 114)에 연료를 제공하고, 또한 호스트 디바이스(102)에도 연료를 제공한다. 일 실시예에서, 공통 연료 컨테이너(116)는 호스트 디바이스(102)내에 위치하는 연료 전지이다.
공통 연료 컨테이너(116)는, 통신 디바이스(104, 106, 108)가 호스트 디바이스(102)에 부착되어 있는 경우에만 연료 전지(110, 112, 114)에 연료를 제공한다. 디바이스 식별기(118)는 호스트 디바이스(102)에 부착되어 있는 통신 디바이스(104, 106, 108)를 식별한다. 식별에 기초하여, 분산 관리 시스템(120)은 공통 연료 컨테이너(116)로부터 연료 전지(110, 112, 114)로의 연료의 흐름을 제어한다. 분산 관리 시스템(120)은 제어 밸브(CV)(122, 124, 126)를 이용하여 연료의 흐름을 제어한다. 제어 밸브(122, 124, 126)의 예는 공기 밸브(pneumatic valve), 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 및 게이트 밸브를 포함한다.
제어 밸브(122, 124, 126)는 수동 제어 밸브 또는 능동 제어 밸브가 될 수 있다. 수동 제어 밸브는 미리 정해진 구성에 따라 연료의 흐름을 제어한다. 예컨 대, 제어 밸브(122, 124, 126)는 연료의 흐름이 단방향이 되는 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 연료는 공통 연료 컨테이너(116)로부터 연료 전지(110, 112, 114)로만 흐르는데, 즉, 연료 전지(110, 112, 114)로부터 나오는 연료의 흐름은 없다. 다른 실시예에서, 제어 밸브(122, 124, 126)는, 공통 연료 컨테이너(116)로부터 이용가능한 연료가 충분하다면, 연료 전지(110, 112, 114) 각각을 충전하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제어 밸브(122, 124, 126)는 연료 전지(110, 112, 114)의 각각의 연료량을 균등하게 하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제어 밸브(122, 124, 126)는 연료 전지(110, 112, 114) 각각의 컨테이너 크기에 비례하여 연료량을 균등하게 하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 가스 형태의 연료의 경우에, 제어 밸브(122, 124, 및 126)는 연료 전지(110, 112, 114) 각각의 연료 압력을 균등하게 한다. 다른 실시예에서, 제어 밸브(122, 124, 126)는 디바이스(110, 112, 114) 각각의 예상되는 사용에 대한 동작 시간을 균등하게 하도록 구성된다.
능동 제어 밸브는 연료의 흐름을 제어하기 위해, 사용자에 의해 능동적으로 제어된다. 이것은 능동 제어 밸브가 연료 분배 프로세스 동안 구성될 수 있다는 것을 암시한다. 일 실시예에서, 사용자는 분산 관리 시스템(120)을 이용하여 제어 밸브(122, 124, 126)를 능동적으로 제어한다.
도 2를 참조하면, 분산 관리 시스템(120)이 도시된다. 분산 관리 시스템(120)은 제어 밸브(122)를 통해 연료의 흐름을 능동적으로 제어하는 제어기(202)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 제어기(202)는 제어 밸브(122, 124, 126) 각각을 통해 연료의 흐름을 제어한다. 일 실시예에서, 사용자는 제어기(202)를 제어한다. 다른 실시예에서, 제어기(202)는, 제어 밸브(122, 124, 126)를 개폐하는 동안 연료 컨테이너내의 압력을 조정함으로써 기능할 수 있다. 제어기(202)는, 통신 디바이스(104, 106, 108)의 상태를 표시하는 사용자 인터페이스(204)를 포함한다. 제어기(202)는 사용자가 제어 밸브(122, 124, 126)를 개폐할 수 있도록 하고, 이에 따라 호스트 디바이스(102)와 호스트 디바이스(102)에 접속된 통신 디바이스(104, 106, 108)간의 연료의 흐름을 제어한다. 다양한 실시예에서, 분산 관리 시스템(120), 제어기(202), 및 사용자 인터페이스(204)는 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈, 또는 그들의 조합의 형태로 구현될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 사용자 인터페이스(204)가 도시된다. 사용자 인터페이스(204)는 통신 디바이스(104, 106, 108)의 상태를 표시한다. 통신 디바이스(104, 106, 108)의 상태는 통신 디바이스(104, 106, 108)의 상태 및 위치를 포함한다. 통신 디바이스(104, 106, 108)의 상태는 이들이 동작중인지 아닌지의 여부를 표시한다. 사용자는 통신 디바이스(104, 106, 108)의 상태에 기초하여, 연료의 흐름을 제어할 수 있다. 통신 디바이스(104, 106, 108)의 위치는 이들이 호스트 디바이스(102)에 부착되었는지 여부를 표시한다. 통신 디바이스(104, 106, 108)는 무선 또는 유선을 통해 부착될 수 있다. 통신 디바이스(104, 106, 108)가 호스트 디바이스(102)에 부착된 경우에만, 연료는 통신 디바이스(104, 106, 108)에 제공된다. 예컨대, 도 1을 참조하면, 통신 디바이스(104, 106)는 호스트 디바이스(102)에 부착된다. 통신 디바이스(108)는 호스트 디바이스(102)로부터 분리된다. 그 후에, 디바이스 식별기(118)는 통신 디바이스(104, 106)를 식별한다. 그 후, 분산 관리 시스템은 연료가 공통 연료 컨테이너(116)로부터 연료 전지(110, 112)로 흐르도록 한다.
또한, 연료의 흐름은 호스트 디바이스(102) 내부 및 통신 디바이스(104, 106, 108) 각각의 내부 연료량에 기초한다. 이러한 파라미터에 기초하여, 사용자는 제어 밸브(122, 124, 126)를 통해 연료의 흐름을 능동적으로 제어한다. 예컨대, 통신 디바이스(108)가 호스트 디바이스(102)에 부착되지 않은 경우, 사용자는 통신 디바이스(108)의 연료 전지(114)로 연료가 흐르지 않는 방식으로 제어 밸브(126)를 제어한다. 또한, 통신 디바이스(104, 106, 108) 각각의 연료량에 기초하여, 사용자는 제어 밸브(122, 124, 126)를 양방향 또는 단방향 제어 밸브로 구성할 수 있다. 양방향 제어 밸브는 연료가 양방향으로 흐르도록 하는데, 즉, 연료는 연료 전지(110, 112, 114)로 흐르거나, 연료 전지(110, 112, 114)에서 밖으로 흐를 수 있다. 단방향 제어 밸브는 연료가 단지 하나의 방향으로 흐르도록 하는데, 즉, 연료 전지(110, 112, 114)로만 흐르도록 한다.
도 4를 참조하면, 연료 전지(110, 112)에 대한 연료의 피어-투-피어(peer-to-peer) 분배의 예시적인 실시예를 도시한다. 연료 전지(110)로/로부터 연료 전지(112)로부터/로의 연료 흐름은 제어 밸브(402)를 이용하여 분산 관리 시스템(120)에 의해 제어된다. 예컨대, 연료 전지(110)내의 연료량이 임계값을 초과하고, 연료 전지(112)내의 연료량이 임계값 미만이면, 제어 밸브(402)는, 연료가 연료 전지(110)로부터 연료 전지(112)로 연료가 제공되도록 제어된다. 임계값은 미리 정해지거나 사용자-정의 값일 수 있다. 일 실시예에서, 연료 전지(110)내의 연료량이 임계값 아래로 떨어지거나, 연료 전지(112)내의 연료량이 임계값 위로 상승할 때 까지 연료가 제공된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 복수의 연료 전지에 연료를 분배하는 예시적인 방법을 도시하는 순서도(500)가 도시된다. 단계(502)에서 프로세스가 시작된 후에, 호스트 디바이스(102)에 부착된 통신 디바이스(104, 106, 108)는 단계(504)에서 식별된다. 예컨대, 도 1에서, 통신 디바이스(104 및 106)는 호스트 디바이스(102)에 부착된다. 그 후, 단계(506)에서, 호스트 디바이스(102), 및 식별된 통신 디바이스, 즉, 통신 디바이스(104 및 106)내의 연료량이 체크된다. 호스트 디바이스(102)내의 연료량이 임계값 이하이거나, 식별된 통신 디바이스(104 및 106)내의 연료량이 임계값 이상이면, 프로세스는 단계(516)에서 종료한다.
호스트 디바이스(102)내의 연료량이 임계값을 초과하고, 통신 디바이스(104 및 106)내의 연료량이 임계값 미만이면, 단계(508)이 실행된다. 단계(508)에서, 연료는 식별된 통신 디바이스, 즉, 통신 디바이스(104 및 106)의 연료 전지에 제공된다. 그 후, 단계(510)에서, 통신 디바이스(104 및 106)는 이들이 아직 호스트 디바이스(102)에 부착되어 있는지 확인하기 위해 체크된다. 통신 디바이스(104 및 106)가 호스트 디바이스(102)에 부착되어 있지 않으면, 식별된 통신 디바이스(104, 106)의 연료 전지로의 연료의 흐름은 단계(512)에서 정지된다. 그 후, 프로세스는 단계(516)에서 종료된다.
단계(510)을 참조하면, 통신 디바이스(104, 106)가 호스트 디바이스(102)에 아직 부착되어 있으면, 단계(514)가 실행된다. 단계(514)에서, 통신 디바이 스(104, 106) 및 호스트 디바이스(102)의 연료량이 체크된다. 호스트 디바이스(102)내의 연료량이 임계값 이상이고, 통신 디바이스(104, 106)내의 연료량이 임계값 이하이면, 단계(508) 및 단계(510)가 반복된다.
호스트 디바이스(102)내의 연료량이 임계값 미만이거나, 통신 디바이스(104, 106)내의 연료량이 임계값을 초과하면, 식별된 통신 디바이스(104, 106)의 연료 전지로의 연료의 흐름은 단계(512)에서 정지된다. 그 후, 프로세스는 단계(516)에서 종료된다.
전술한 본 발명은 다양한 장점을 제공한다. 단일 연료 컨테이너가 PAN내의 통신 디바이스의 연료 전지로 연료를 분배하는데 제공된다. 각각의 통신 디바이스는, 통신 디바이스가 PAN내의 호스트 디바이스상에 결합(docked)될 때, 자동으로 그 에너지를 재보충한다. 복수의 디바이스로의 에너지는 연료를 재분배하여 공급된다. 연료의 흐름은 사용자에 의해 능동적으로 제어될 수 있다. 단일 전기-화학적 변환은 에너지 손실을 감소시킨다.
본 발명의 양호한 실시예는 도시되고 기술되었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라는 것을 알아야 한다. 다양한 수정, 변경, 변형, 대체, 및 균등물이 부가된 특허청구범위에 의해 한정된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 당업자에 의해 구현될 수 있다.

Claims (11)

  1. 개인 영역 네트워크(PAN; personal area network)로서,
    상기 PAN 내에서 동작하도록 구성된 복수의 통신 디바이스 - 상기 복수의 통신 디바이스는 서로간에 통신할 수 있고, 상기 복수의 통신 디바이스는, 적어도 하나의 접속 포인트에 부착되고 적어도 하나의 접속 포인트로부터 분리될 수 있는 복수의 연료 전지(fuel cell)를 포함하고, 상기 PAN은, 상기 복수의 통신 디바이스가 상기 적어도 하나의 접속 포인트에 부착되는 동안 상기 복수의 통신 디바이스들간에 연료를 분배할 수 있음 -; 및
    상기 연료의 흐름을 제어하고 상기 복수의 연료 전지 각각의 연료량을 균등하게(equalize) 하도록 구성된 제어 밸브들
    을 포함하는 개인 영역 네트워크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 접속 포인트에 부착된 상기 복수의 통신 디바이스를 식별하도록 구성된 디바이스 식별기를 더 포함하는 개인 영역 네트워크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 접속 포인트에 부착된 상기 복수의 통신 디바이스 각각과 연관된 상기 복수의 연료 전지간에 연료를 분배하도록 구성된 분산 관리 시스템(distributed management system)을 더 포함하는 개인 영역 네트워크.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 밸브들은, 상기 연료의 흐름이 단방향이 되게 하도록 구성된 개인 영역 네트워크.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 분산 관리 시스템은 상기 제어 밸브들을 능동적으로 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는 개인 영역 네트워크.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 복수의 통신 디바이스 각각의 상태를 표시하는 사용자 인터페이스를 포함하는 개인 영역 네트워크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상태는, 상기 복수의 통신 디바이스 각각의 상태 및 위치와 상기 복수의 연료 전지에서의 연료 분배를 포함하는 개인 영역 네트워크.
  10. 삭제
  11. 삭제
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