KR101371955B1 - Internal combustion engine generating system using hydrogen - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an internal combustion engine generating system using hydrogen that electrolyzes water to generate the hydrogen and supplies it to an internal combustion engine as a fuel to drive the internal combustion engine and thus generate electricity. The system includes a hydrogen generating unit (100) generating the hydrogen by electrolyzing the water; an internal combustion engine (200) rotated by supply of the hydrogen from the hydrogen generating unit (100) as the fuel to generate a rotating force; a generator (300) transmitted with the rotating force from the internal combustion engine (200) to generate the electricity; and a control unit (400) controlling operation of the hydrogen generating unit (100), the internal combustion engine (200) and the generator (300) and controlling the output of the electricity generated by the generator (300). Since the hydrogen is used as the fuel of the internal combustion engine, it is possible to improve its generation efficiency. [Reference numerals] (140) Electronic control device

Description

수소를 이용한 내연기관 발전시스템 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE GENERATING SYSTEM USING HYDROGEN}Internal combustion engine power generation system using hydrogen {INTERNAL COMBUSTION ENGINE GENERATING SYSTEM USING HYDROGEN}

본 발명은 내연기관 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키고 발생된 수소를 내연기관의 연료로 공급하여 내연기관을 구동시킴으로써 전력을 생산할 수 있도록 하는 수소를 이용한 내연기관 발전시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an internal combustion engine power generation system, and more particularly, to generate hydrogen by electrolyzing water and supplying the generated hydrogen to fuel of the internal combustion engine to drive the internal combustion engine to produce electric power using hydrogen. It is about an engine power generation system.

발전시스템이란 어떤 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 시스템으로서, 일반적으로 발전으로는 코일에 영구자석이나 전자석을 회전시켜 전자기 유도에 의한 기전력을 발생시키고 발생된 기전력을 전기 에너지로 변환시키는 방식이 사용된다. 이러한 발전을 하려면 발전기를 회전시키는 운동 에너지가 필요한데, 이 운동 에너지의 근원이 되는 자원을 발전 자원이라 하며, 이용하는 발전 자원에 따라 수력발전, 화력발전, 원자력발전, 조력발전, 풍력발전, 지열발전, 태양열발전 등으로 구별된다. A power generation system is a system that produces electricity by converting certain energy into electrical energy. In general, power generation generates electromotive force by electromagnetic induction by rotating a permanent magnet or an electromagnet in a coil, and converts generated electromotive force into electrical energy. This is used. To generate such power, kinetic energy that rotates a generator is required. The source of the kinetic energy is called a power generation resource. Hydroelectric power generation, thermal power generation, nuclear power generation, tidal power generation, wind power generation, geothermal power generation, It is classified into solar thermal power generation.

이러한 발전 자원 중 화력, 수력, 원자력 발전은 한정된 발전 자원으로 인하여 발전 자원의 고갈과 환경 오염이라는 문제가 있고, 초기 시설설치 및 운용에 막대한 비용이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 풍력, 조력, 태양열 발전 등은 날씨 등 일기에 영향을 받아 상시 발전 자원으로 사용하는데 문제가 있을 뿐 아니라 초기 설치비용 또한 많이 소요되는 문제점이 있다. 이러한 문제점에 따라 근래에는 태양열 발전이나 풍력 발전과 같이 환경 오염이 없고 무한정 사용 가능한 발전 자원을 개발하는데 치중하고 있는 추세이다.
Thermal power, hydropower, and nuclear power among these power generation resources have problems such as exhaustion of power generation resources and environmental pollution due to limited power generation resources, and there is a problem of enormous cost for initial facility installation and operation. In addition, wind power, tidal power, solar power generation, etc. are affected by weather, such as weather, there is a problem in that it is not only a problem to use as a regular power resource, but also takes a lot of initial installation cost. According to these problems, recently, there is a tendency to develop power resources that can be used indefinitely without environmental pollution, such as solar power generation or wind power generation.

한편, 근래에는 수소를 이용하여 발전하는 시스템이 개발되고 있는데, 이러한 수소 발전 시스템으로는 특허등록 제0863725호 "수소 발생 장치 및 연료전지 발전 시스템"이 있다. 상기 등록특허는 지구상에 풍부하게 존재하는 물을 전기분해하여 수소를 생산하고, 생산된 수소를 연료전지의 연료로 공급함으로써 연료전지에서 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 직류 전류를 생산할 수 있도록 하고 있다. On the other hand, in recent years, a system for generating power using hydrogen has been developed, and such a hydrogen power generation system is a patent registration No. 0863725 "hydrogen generator and fuel cell power generation system". The registered patent produces hydrogen by electrolyzing water present in abundance on the earth, and supplying the produced hydrogen to fuel of a fuel cell so as to convert a chemical energy of hydrogen into electrical energy in a fuel cell to produce a direct current. Doing.

하지만, 상기 등록특허는 수소의 화학에너지를 연료전지를 통하여 전기에너지로 변환하여 발전하기 때문에 공해 물질을 배출하지 않고 기계적 접촉 없어 무한 발전이 가능한 장점이 있으나, 연료가 직접적으로 발전에 사용되어 열과 전기에너지로 변환되기 때문에 생산된 열과 전기에너지만큼 연료의 소비가 큰 단점이 있다. 즉, 상기 등록특허는 연료전지의 연료로 사용되는 수소를 생산하기 위하여 전기가 필요한데, 이렇게 수소 생산에 필요한 전기량이 연료전지를 통하여 생산되는 전기량보다 오히려 크거나 유사하여 그 효율이 좋지 못하기 때문에, 현재로서는 실용화되지 못하고 있으며, 이에 따라 생산된 수소를 연료전지의 연료로 사용하여 발전 효율을 높이기 위한 기술들이 지속적으로 연구되고 있는 실정이다.
However, since the registered patent generates electricity by converting chemical energy of hydrogen into electrical energy through a fuel cell, there is an advantage that infinite power generation is possible without mechanical pollution without discharge of pollutants, but fuel is directly used for power generation and heat and electricity. Since it is converted into energy, the consumption of fuel is as big as the heat and electric energy produced. That is, the registered patent requires electricity in order to produce hydrogen used as fuel of the fuel cell. Since the amount of electricity required for hydrogen production is larger or similar to the amount of electricity produced through the fuel cell, its efficiency is not good. At present, it has not been put to practical use, and accordingly, technologies for improving power generation efficiency by using hydrogen produced as a fuel for fuel cells have been continuously studied.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 물을 전기 분해하여 수소를 생산하고 생산된 수소를 발전 효율이 높은 내연기관의 연료로 공급하여 발전할 수 있도록 하는 수소를 이용한 내연기관 발전시스템을 제공하는 데 있다. The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to produce hydrogen by electrolysis of water and to supply the produced hydrogen to the fuel of the internal combustion engine with high power generation efficiency to generate power To provide an internal combustion engine power generation system using hydrogen.

본 발명의 다른 목적은 수소를 연료로 사용하는 내연기관을 통하여 생산된 전력 중 일부를 물을 분해하여 수소를 생산하는데 사용하도록 함으로써 별도의 외부 전원 없이 자가 발전에 따른 수소 생산이 가능하도록 하는 수소를 이용한 내연기관 발전시스템을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to use a portion of the power produced through the internal combustion engine using hydrogen as a fuel to decompose water to produce hydrogen to enable hydrogen production by self-generation without a separate external power source To provide an internal combustion engine power generation system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수소를 이용한 내연기관 발전시스템은 물을 전기 분해하여 수소를 생산하는 수소발생장치와; 상기 수소발생장치로부터 수소를 연료로 공급받아 구동되어 회전력을 발생시키는 내연기관과; 상기 내연기관으로부터 회전력을 전달받아 구동되어 전기를 생산하는 발전기와; 상기 수소발생장치와 내연기관 및 발전기의 동작을 제어하며, 상기 발전기를 통하여 생산되는 전기의 외부 출력을 제어하는 제어장치;를 포함하여 이루어진다. In order to achieve the above object, an internal combustion engine power generation system using hydrogen according to the present invention includes: a hydrogen generator for producing hydrogen by electrolyzing water; An internal combustion engine driven by receiving hydrogen from the hydrogen generator as fuel and generating rotational force; A generator which receives the rotational force from the internal combustion engine and is driven to produce electricity; And a control device that controls the operation of the hydrogen generator, the internal combustion engine, and the generator, and controls an external output of electricity produced through the generator.

상기 수소발생장치는 전원이 저장되는 축전지와, 물을 공급하는 급수장치와, 상기 제어장치의 제어에 따라 축전지 또는 발전기의 출력 전원을 통하여 물을 전기 분해하여 수소를 생산하고 생산되는 수소를 내연기관에 공급하는 수소발생기를 포함하여 이루어진다. The hydrogen generator is an internal combustion engine that produces hydrogen by electrolyzing water through a storage battery for storing power, a water supply device for supplying water, and an output power of a storage battery or a generator under control of the controller. It comprises a hydrogen generator for supplying.

여기에서, 상기 제어장치는 수소발생기의 초기 동작 시 축전지에 저장된 전원을 수소발생기에 공급하여 동작시키며, 상기 수소발생기에 의해 생산되는 수소를 통하여 내연기관 및 발전기가 구동하여 전기가 생산되면 생산된 전원을 수소발생기에 공급하고, 생산된 전원을 통하여 축전지를 충전시키는 것이 바람직하다. Here, the control device is operated by supplying the power stored in the battery to the hydrogen generator during the initial operation of the hydrogen generator, the power generated when the internal combustion engine and the generator is driven by the hydrogen produced by the hydrogen generator to produce electricity It is preferable to supply to the hydrogen generator, and to charge the storage battery through the power supply produced.

한편, 상기 급수장치에는 물이 저장되는 급수통과, 상기 급수통에 유입되는 물의 양을 조절하는 급수밸브와, 상기 급수통의 수위가 일정하게 유지될 수 있도록 상기 급수밸브를 제어하는 수위조절장치와, 상기 급수통에 저장된 물을 급수배관을 통하여 수소발생기에 공급하는 급수모터가 구비되며, 상기 급수배관에는 물을 정화하는 여과기가 설치된다. On the other hand, the water supply device includes a water supply tank for storing water, a water supply valve for adjusting the amount of water flowing into the water supply tank, and a water level control device for controlling the water supply valve so that the water level of the water supply tank is kept constant; A water supply motor is provided for supplying water stored in the water supply tank to the hydrogen generator through a water supply pipe, and a filter for purifying water is installed in the water supply pipe.

또한, 상시 수소발생기에는 급수장치로부터 공급되는 물의 양을 조절하는 급수밸브와, 상기 수소발생기의 수위가 일정하게 유지될 수 있도록 상기 급수밸브를 제어하는 수위조절장치와, 물을 전기 분해하는데 필요한 전류 값을 조절하는 전류조절기와, 물의 전기 분해에 따라 생성되는 수소를 내연기관에 공급하는 가스배관과, 상기 가스배관에 설치되어 내연기관의 수소 공급을 차단하는 가스차단밸브가 구비되며, 상기 가스배관에는 수소 가스의 수분을 제거하는 여과기가 설치된다. In addition, the regular hydrogen generator has a water supply valve for controlling the amount of water supplied from the water supply device, a water level control device for controlling the water supply valve so that the level of the hydrogen generator is kept constant, and the current required to electrolyze the water A current regulator for adjusting a value, a gas pipe for supplying hydrogen generated by electrolysis of water to the internal combustion engine, and a gas shutoff valve installed in the gas pipe to block hydrogen supply from the internal combustion engine. The filter is installed to remove moisture of the hydrogen gas.

상기 내연기관은 축전지로부터 전원을 공급받아 구동되는 시동모터로부터 초기 구동 동력을 전달받아 시동되며, 초기 시동 후 수소를 연료로 4행정 싸이클을 반복 수행하는 것이 바람직하다.
The internal combustion engine is started by receiving initial driving power from a starting motor driven by receiving power from a storage battery, and preferably repeats a four-stroke cycle with hydrogen as fuel after the initial starting.

본 발명에 따른 수소를 이용한 내연기관 발전시스템은 물을 전기 분해하여 수소를 생산하고 생산되는 수소를 내연기관에 연료로 공급하여 발전이 이루어지도록 함으로써 발전 효율을 높일 수 있으며, 생산되는 수소를 별도로 저장하지 않고 곧바로 내연기관으로 공급하기 때문에 수소 저장 시 발생할 수 있는 저장 비용 및 폭발 위험 등으로부터 벗어날 수 있어 안정적인 운영이 가능한 효과가 있다. The internal combustion engine power generation system using hydrogen according to the present invention can increase power generation efficiency by generating hydrogen by electrolyzing water and supplying the produced hydrogen as fuel to the internal combustion engine to generate power, and storing hydrogen produced separately. Instead of being supplied directly to the internal combustion engine, it is possible to escape stable storage costs and explosion risks that may occur when hydrogen is stored, thereby enabling stable operation.

또한, 본 발명은 내연기관을 통하여 생산되는 전기 중 일부를 이용하여 물을 전기 분해하여 수소를 생산하는데 사용하도록 함으로써 초기 수소 생산에 필요한 전원 공급 이후 별도의 외부 전원이 필요하지 않기 때문에 내연기관 구동을 위한 추가적인 연료 생산 비용이 소요되지 않는 경제적인 효과가 있다.
In addition, the present invention is to drive the internal combustion engine because it does not need a separate external power supply after the power supply required for the initial hydrogen production by electrolysis of water using some of the electricity produced through the internal combustion engine to produce hydrogen. There is an economical effect that does not require additional fuel production costs.

도 1은 본 발명에 따라 물을 전기 분해하여 수소를 생성하는 과정을 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수소를 이용한 내연기관 발전시스템의 전체적인 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 내연기관 발전시스템의 동작 상태도,
도 4는 본 발명에 따른 수소발생장치를 통하여 생성되는 수소 연료의 공급 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 내연기관의 동작 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 발전기의 동작 개념도,
도 7은 본 발명에 따른 내연기관 발전시스템의 전기 생산 과정을 나타낸 흐름도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating a process of generating hydrogen by electrolyzing water according to the present invention;
2 is an overall conceptual diagram of an internal combustion engine power generation system using hydrogen according to an embodiment of the present invention;
3 is an operating state diagram of an internal combustion engine power generation system according to the present invention;
4 is a flow chart of supplying hydrogen fuel generated through the hydrogen generator according to the present invention;
5 is a conceptual diagram of the operation of an internal combustion engine according to the present invention;
6 is a conceptual diagram of the operation of the generator according to the present invention;
7 is a flowchart illustrating the electricity production process of the internal combustion engine power generation system according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명의 발전 연료로 사용되는 수소의 특성에 대하여 설명하기로 한다. First, the characteristics of hydrogen used as the power generation fuel of the present invention will be described.

수소는 잘 알려진 바와 같이 무색·무취의 기체이며, 원소기호 1번, 원자량 1.0097로서, 지금까지 알려진 원소 중 가장 가벼워 비중이 공기의 1/14.5에 지나지 않는 특징이 있다. 이러한 수소는 암모니아, 메탄올 제조용 원료로서 대부분 사용되어 왔으나, 근래에는 석유화학공업의 합성원료로서 그 소비량이 증가되고 있다. 이러한 수소는 탄화수소계 연료에 의한 대기오염을 획기적으로 줄일 수 있다는 면에서 근래 들어 가장 각광을 받는 연료라 할 수 있다. Hydrogen is a colorless and odorless gas, as is well known, and has the characteristic element number 1 and atomic weight of 1.0097, which is the lightest of the elements known so far and its specific gravity is only 1 / 14.5 of air. Such hydrogen has been mostly used as a raw material for producing ammonia and methanol, but in recent years, its consumption is increasing as a synthetic raw material for the petrochemical industry. These hydrogens are the most popular fuels in recent years in that they can drastically reduce air pollution caused by hydrocarbon fuels.

수소 연료의 열적 특성은 우선 비열이 매우 크다는데 있다. 표준 대기압 상태에서 정압비열은 14.9kJ/㎏·K이므로 공기의 정압비열의 14.5배에 달한다. 비열비는 공기와 비슷한 1.41로 단원자 분자인 Ne, He의 1.667에 비해 낮지만, Ne, He은 불활성원소로서 연료로 사용할 수 없으므로, 비열비 면에서 수소는 사용할 수 있는 연료 중 가장 열효율이 높은 연료라 할 수 있다. 이러한 수소는 2원자 분자로서 분자식도 단순하고 물리적 성질도 거의 일정하여, 통상의 탄화수소계 연료와는 다소 다른 특성을 갖고 있는데, 이러한 수소는 다음과 같은 장점이 있다.The thermal characteristic of hydrogen fuel is that the specific heat is very large. Under normal atmospheric pressure, the specific pressure specific heat is 14.9 kJ / kg · K, which is 14.5 times the specific pressure specific air pressure. The specific heat ratio is 1.41 similar to air, which is lower than that of Ne, He, which is the monoatomic molecule. However, Ne and He cannot be used as fuel as inert elements, so hydrogen is the most thermally efficient among the fuels available. It can be called fuel. This hydrogen is a binary atom, the molecular formula is simple and the physical properties are almost constant, and has a somewhat different characteristics from the conventional hydrocarbon-based fuel, such hydrogen has the following advantages.

(1) 수소는 물로부터 어떤 에너지를 이용하여도 제조가능하므로, 그 양이 거의 무한정에 가까운 연료라고 볼 수 있다.(1) Since hydrogen can be produced using any energy from water, it can be said that the amount is almost infinite fuel.

(2) 수소는 2원자 분자로서 연소생성물이 단순하여 물만이 생성되므로 다른 어떤 연료에 비하여도 가장 깨끗한 연료 중 하나이다. CO2의 규제강화가 대두되고 있는 시점에서 이것의 해결방안은 탄소성분이 없는 연료를 사용하는 방법이 되며, 이와 같은 것으로는 수소 연료가 가장 적합하다.(2) Hydrogen is one of the cleanest fuels compared to any other fuel because hydrogen is a binary atom with a simple combustion product. In the face of increasing regulations on CO2, the solution is to use a carbon-free fuel, and hydrogen fuel is the most suitable.

(3) 수소는 가연 한계(λ=10∼0.14)가 넓고, 최소 점화에너지가 작으므로 불꽃 점화기관에 적합하고, 희박한 혼합기를 사용하는 경우에도 안정된 연소가 가능하다.(3) Since hydrogen has a high flammability limit (λ = 10 to 0.14) and a small minimum ignition energy, it is suitable for a spark ignition engine, and stable combustion is possible even when a lean mixer is used.

(4) 수소 연료는 무색·무취로 감지하기 힘들며, 작은 스파크에 의해서도 폭발하기 쉽다. 그러나 수소 자체는 무독이며, 비중이 작아 공기 중에서 쉽게 확산되므로 외부로 누출된 경우 프로판이나 그 외의 가스보다 비교적 안전하다.
(4) Hydrogen fuel is colorless and odorless and difficult to detect, and easily explodes by small sparks. However, hydrogen itself is non-toxic and has a low specific gravity, so it is easily diffused in the air, so it is relatively safer than propane or other gas when leaked outside.

수소는 이러한 장점이 있는 반면, 다음과 같은 단점도 있다. While hydrogen has these advantages, it also has the following disadvantages.

(1) 수소가 쉽게 점화하는 성질은 희박 혼합기가 사용되는 저부하 영역에서는 열효율의 증대를 가져오나, 농후 혼합기가 사용되는 고부하 영역에서는 조기착화를 일으키며, 또한 수소의 연소속도가 크기 때문에 조기착화 및 역화가 발생하기 쉽다.(1) Easily ignited hydrogen leads to an increase in thermal efficiency in the low load region where lean mixers are used, but leads to premature ignition in high load regions where rich mixers are used, and to premature ignition and Backfire is likely to occur.

(2) 수소의 저발열량은 가솔린의 2.7배이지만, 수소의 이론공기연료비는 중량비로 34.1:1이고, 가솔린의 경우 15.1:1이므로, 동일 실린더 내에 수소-공기 이론예혼합기를 흡입시킨 경우의 발열량은 가솔린에 비하여 15%정도 감소된다. 그러나 수소가스를 직접 실린더 내에 분사하는 경우는 흡입공기량이 증대하게 되어 발열량은 오히려 가솔린의 경우보다 약 20%의 증가를 초래한다.(2) The low calorific value of hydrogen is 2.7 times that of gasoline, but the theoretical air fuel ratio of hydrogen is 34.1: 1 in weight ratio and 15.1: 1 in gasoline, so the calorific value when the hydrogen-air theoretical premixer is inhaled in the same cylinder. Is reduced by 15% compared to gasoline. However, when directly injecting hydrogen gas into the cylinder, the amount of intake air increases, resulting in an increase of about 20% more than that of gasoline.

(3) 수소의 자기착화온도는 디젤유보다 상대적으로 높으므로 압축착화에는 어려움이 있다. (3) Since hydrogen self-ignition temperature is higher than that of diesel oil, compression ignition is difficult.

(4) 수소의 배기조성은 단순하여 CO, HC 및 스모크의 배출은 거의 없으나, 수소의 단열화염온도가 다른 연료에 비하여 다소 높으므로 질소 산화물 NOx의 생성은 급증한다.(4) The exhaust composition of hydrogen is simple and there is almost no emission of CO, HC and smoke. However, since the adiabatic flame temperature of hydrogen is slightly higher than that of other fuels, the production of nitrogen oxides NOx is rapidly increased.

(5) 수소는 전력과 마찬가지로 2차 에너지이기 때문에 수소연료를 사용하는 연료전지가 양산되기까지는 보관(저장)과 같은 문제뿐만 아니라 수소의 대량제조기술과 저장·수송 기술 등의 연료 공급측의 문제도 해결해야 할 과제로 남아 있다. (5) Since hydrogen is secondary energy as well as electric power, not only problems such as storage (storage) until mass production of fuel cells using hydrogen fuel, but also problems on the fuel supply side such as mass production technology and storage / transportation technology of hydrogen. It remains a challenge to be solved.

(6) 점화한도가 이론당량비보다 매우 희박하므로 불꽃과 같은 고온원에서는 점화되기 쉽다. 탱크로부터 노출된 수소는 실온에 가까운 온도에서 작용하는 산화 촉매로써 H2O로 하여 방출하는 것이 고려된다.(6) Since the ignition limit is much thinner than the theoretical equivalent ratio, it is easy to ignite in a high temperature source such as a flame. Hydrogen exposed from the tank is considered to be released as H 2 O as an oxidation catalyst that operates at temperatures close to room temperature.

(7) 분자가 작고, 좁은 틈새로부터도 누출되기 쉬우므로 밸브 등 기밀구의 설계와 가공에는 주의를 요구한다. (7) Care must be taken in the design and processing of airtight openings, such as valves, because the molecules are small and easily leak from narrow gaps.

(8) 수소는 그 불꽃이 무색·무취이므로 이것의 검출방법에 대한 개발이 필요하다.
(8) Since hydrogen is colorless and odorless, it is necessary to develop a detection method thereof.

본 발명에서는 이러한 특성을 갖는 수소를 내연 기관의 연료로 사용하여 전기를 생산하도록 하고 있는데, 수소는 널리 알려진 바와 같이 지구상에서 수소분자 2개(H2)와 산소분자 1개(O)가 결합한 형태의 물(H2O)로서 존재한다. 따라서, 역으로 물을 전기 분해하게 되면 다시 수소와 산소로 분리되며, 본 발명에서는 이때 분리되는 수소를 내연기관의 발전 연료로 사용함으로써 이를 통하여 전기를 생산하게 된다. In the present invention, hydrogen having such characteristics is used as a fuel for an internal combustion engine to generate electricity. As is widely known, hydrogen is a form in which two hydrogen molecules (H2) and one oxygen molecule (O) are combined on the earth. It is present as water (H 2 O). Therefore, when water is electrolyzed in reverse, hydrogen and oxygen are separated again. In the present invention, the hydrogen is separated and used to generate electricity through the power generation fuel of the internal combustion engine.

도 1은 본 발명에 따라 물을 전기 분해하여 수소를 생성하는 과정을 나타낸 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a process of generating hydrogen by electrolyzing water according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 물의 전기 분해는 격막(DIAPHRAGM)으로 분리된 한쌍의 양극과 음극에서 일어나게 되는데, 격막 및 양극과 음극은 절연체인 CELL FRAME으로 고정되어 전해조를 구성하게 된다. As shown in FIG. 1, the electrolysis of water occurs in a pair of anodes and cathodes separated by a diaphragm DIAPHRAGM, and the diaphragm, the anode and the cathode are fixed by an insulator CELL FRAME to form an electrolytic cell.

이러한 구조에서, 음극 및 양극에 전원이 공급되어 물이 전기 분해를 일으키게 되면 다음과 같이 음극에서는 수소가, 양극에서는 산소가 발생하게 된다.In this structure, when power is supplied to the cathode and the anode to cause electrolysis of water, hydrogen is generated at the cathode and oxygen is generated at the anode as follows.

음극(CATHODE) : 4H₂O + 4e- -=> 2H₂ + 4OH-Cathode: 4H₂O + 4e--=> 2H₂ + 4OH-

양극(ANODE) : 4OH- -=> O₂ + 2H₂O + 4eANODE: 4OH--=> O₂ + 2H₂O + 4e

전체반응 : 2H₂O -=> 2H₂ + O₂
Total reaction: 2H₂O-=> 2H₂ + O₂

본 발명에서는 상기의 과정을 통하여 물이 전기 분해되어 음극에서 수소가 발생하게 되면, 발생되는 수소를 내연 기관의 연료로 공급하여 내연기관을 구동시키고, 내연기관의 구동에 따라 발생하는 회전력을 통하여 발전기를 구동시켜 전기를 생산하게 된다. 또한, 발전기를 통하여 전기가 생산되면, 생산되는 전기 중 일부를 이용하여 물을 전기 분해할 수 있도록 함으로써 자가 발전이 이루어질 수 있도록 한다.
In the present invention, when water is electrolyzed through the above process to generate hydrogen at the cathode, the generated hydrogen is supplied to the fuel of the internal combustion engine to drive the internal combustion engine, and the generator is generated through the rotational force generated by the internal combustion engine. To generate electricity. In addition, when electricity is produced through the generator, by using some of the electricity generated to be able to electrolyze the water so that the self-power generation can be made.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수소를 이용한 내연기관 발전시스템의 전체적인 개념도를 나타낸 것이다. 2 shows an overall conceptual diagram of an internal combustion engine power generation system using hydrogen according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관 발전시스템은 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키는 수소발생장치(100)와, 상기 수소발생장치(100)를 통하여 발생하는 수소를 연료로 공급받아 구동되는 내연기관(200)과, 상기 내연기관(200)으로부터 동력을 전달받아 발전하여 전기를 생산하는 발전기(300)와, 상기 수소발생장치(100)와 내연기관(200) 및 발전기(300)의 동작을 제어하는 전자 제어장치(400)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2, the internal combustion engine power generation system according to the present invention supplies a hydrogen generator 100 for generating hydrogen by electrolyzing water, and supplying hydrogen generated through the hydrogen generator 100 as fuel. Received and driven internal combustion engine 200, the generator 300 receives power from the internal combustion engine 200 to generate electricity to produce electricity, the hydrogen generator 100 and the internal combustion engine 200 and generator 300 It comprises an electronic control device 400 for controlling the operation of the).

상기 수소발생장치(100)는 제어장치(400)의 제어에 따라 물을 전기 분해하여 산소와 수소를 발생시키는 장치로서, 이 수소발생장치(100)를 통하여 발생하는 수소는 가스배관을 통하여 내연기관(200)으로 공급되게 된다. The hydrogen generator 100 is a device for generating oxygen and hydrogen by electrolyzing water under the control of the control device 400, the hydrogen generated through the hydrogen generator 100 is the internal combustion engine through the gas pipe 200 will be supplied.

상기 내연기관(200)은 수소발생장치(100)로부터 공급되는 수소를 연료로 하여 구동되어 회전력을 발생시키는 장치로서, 이 내연기관(200)은 제어장치(400)의 제어에 따라 시동모터로부터 동력을 전달받아 초기 시동된 후 수소를 연료로 흡기/압축/폭발/배기의 4행정 사이클을 반복하여 피스톤을 왕복 운동시키고 이를 크랭크 축으로 전달하여 회전력을 발생시키게 된다.The internal combustion engine 200 is a device that is driven by the hydrogen supplied from the hydrogen generator 100 as a fuel to generate a rotational force, the internal combustion engine 200 is powered from the starting motor under the control of the control device 400 After receiving the initial start, the four stroke cycle of intake / compression / explosion / exhaust of hydrogen as fuel is repeated to reciprocate the piston and transfer it to the crankshaft to generate rotational force.

상기 발전기(300)는 내연기관(200)의 구동에 따라 발생하는 회전력을 전달받아 발전하는 장치로서, 이 발전기(300)는 내연기관(200)의 회전 축과 벨트나 체인 등을 통하여 연결되어 회전력을 전달받게 되며 전달되는 회전력에 따라 회전자를 회전시켜 기전력에 의해 전기를 발생시키게 된다. The generator 300 is a device for generating power by receiving the rotational force generated by the drive of the internal combustion engine 200, the generator 300 is connected to the rotational shaft of the internal combustion engine 200 through a belt or chain and the like. It receives the and rotates the rotor in accordance with the transmitted torque to generate electricity by electromotive force.

상기 제어장치(400)는 수소발생장치(100)와 내연기관(200) 및 발전기(300)의 동작을 제어하며, 상기 발전기(300)에 의해 발생하는 전원의 외부 출력을 제어하게 된다. 또한, 상기 제어장치(400)는 발전기(300)를 통하여 발생하는 전원 중 일부를 수소발생장치(100)에 공급하여 수소발생장치(100)가 초기 기동 후 외부의 별도 전원 없이도 자체 생산된 전원을 통하여 물을 전기 분해하여 수소를 생산할 수 있도록 제어하게 된다.
The control device 400 controls the operation of the hydrogen generator 100, the internal combustion engine 200 and the generator 300, and controls the external output of the power generated by the generator 300. In addition, the control device 400 supplies some of the power generated through the generator 300 to the hydrogen generating device 100 so that the hydrogen generating device 100 generates its own power without an external power source after initial startup. By controlling the electrolysis of water to produce hydrogen.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 발전시스템의 동작 상태도를 나타낸 것이다. Figure 3 shows an operating state diagram of the internal combustion engine power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관 발전시스템에는 수소 발생을 위한 수소발생장치(100)와, 수소를 통하여 구동되어 발전하는 내연기관(200) 및 발전기(300)와, 상기 수소발생장치(100)와 내연기관(200) 및 발전기(300)를 제어하는 제어장치(400)가 구비되어 있다. As shown in FIG. 3, the internal combustion engine power generation system according to the present invention includes a hydrogen generator 100 for generating hydrogen, an internal combustion engine 200 and a generator 300 driven and generated through hydrogen, and the hydrogen. The control device 400 for controlling the generator 100, the internal combustion engine 200 and the generator 300 is provided.

상기 수소발생장치(100)는 외부로부터 물을 공급받아 저장하는 급수장치(110)와, 상기 급수장치(110)로부터 물을 공급받아 물을 전기 분해함으로써 수소를 발생시키는 수소발생기(120)와, 상기 수소발생기(120)에 물의 전기 분해를 위한 초기 전원을 공급하는 축전지(130)를 포함하여 이루어진다. The hydrogen generator 100 includes a water supply device 110 for receiving water from the outside and storing the water, a hydrogen generator 120 for generating hydrogen by electrolyzing water received from the water supply device 110, It includes a storage battery 130 for supplying the initial power for the electrolysis of water to the hydrogen generator 120.

상기 급수장치(110)는 외부로부터 공급되는 물을 저장하는 급수통(111)과, 급수장치(110)로 유입되는 물의 양을 조절하는 급수밸브(112)와, 상기 급수밸브(112)를 제어하여 급수통(111)의 수위를 일정하게 유지하는 수위조절장치(114)와, 급수통(111)에 저장된 물을 급수배관(115)을 통해 수소발생기(120)로 공급하는 급수모터(113) 구비된다. 또한, 상기 급수장치(110)의 물을 수소발생기(120)에 공급하는 급수배관(115)에는 물을 정화하는 여과기(116))가 설치된다. The water supply device 110 controls the water supply container 111 for storing the water supplied from the outside, the water supply valve 112 for adjusting the amount of water flowing into the water supply device 110, and the water supply valve 112 Water level control unit 114 for maintaining a constant level of the water supply tank 111 and the water supply motor 113 for supplying the water stored in the water supply tank 111 to the hydrogen generator 120 through the water supply pipe 115 It is provided. In addition, the water supply pipe 115 for supplying the water of the water supply device 110 to the hydrogen generator 120 is provided with a filter 116 to purify the water.

상기 수소발생기(120)는 급수장치(110)로부터 공급되는 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키는 수소발생기 본체(121)와, 상기 급수장치(110)로부터 공급되는 급수량을 조절하기 위해 급수배관(115)에 설치되는 급수밸브(122)와, 상기 급수밸브(122)의 개도를 조절하여 수소발생기 본체(121)의 수위를 일정하게 유지하는 수위조절장치(123)와, 물을 전기 분해에 따라 발생하는 수소 량을 조절하기 위하여 전류 값을 조절하는 전류조절기(127)와, 수소발생기(120)를 통하여 발생한 수소를 내연기관(200)에 공급하는 가스배관(125)과, 상기 가스배관(125)에 설치되어 내연기관(200)으로 공급되는 수소 공급을 차단하는 가스차단밸브(124) 등이 구비된다. 또한, 상기 수소발생기(120)로부터 발생하는 수소를 내연기관(200)에 공급하는 가스배관(125)에는 수소의 수분을 제거하기 위한 여과기(126)가 설치된다. The hydrogen generator 120 is a hydrogen generator body 121 for generating hydrogen by electrolyzing the water supplied from the water supply device 110, and the water supply pipe 115 to adjust the amount of water supplied from the water supply device (110). And a water level control device 123 for maintaining a constant water level of the hydrogen generator main body 121 by adjusting the opening degree of the water supply valve 122 and water generated by electrolysis. In order to control the amount of hydrogen to adjust the current value to adjust the current value 127, the gas pipe 125 for supplying the hydrogen generated through the hydrogen generator 120 to the internal combustion engine 200, and the gas pipe 125 Is installed in the gas shutoff valve 124 for blocking the supply of hydrogen supplied to the internal combustion engine 200 is provided. In addition, the gas pipe 125 for supplying the hydrogen generated from the hydrogen generator 120 to the internal combustion engine 200 is provided with a filter 126 for removing the water of hydrogen.

상기 축전지(130)는 수소발생기(120)에서 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키는데 사용되는 초기 전원을 공급하는 장치로서, 이 축전지(130)는 제어장치(400)의 제어에 따라 수소발생기(120)의 초기 동작시 수소발생기(120)에 전원을 공급하게 된다. 또한, 발전기(300)의 구동에 따라 발전이 이루어지게 되면, 상기 축전지(130)는 제어장치(400)의 제어에 따라 발전기(300)로부터 출력되는 전기의 일부를 공급받아 충전이 이루어지게 된다.The storage battery 130 is a device for supplying initial power used to generate hydrogen by electrolyzing water in the hydrogen generator 120, the storage battery 130 is a hydrogen generator 120 under the control of the control device 400 In the initial operation of the) to supply power to the hydrogen generator (120). In addition, when the power generation is made according to the driving of the generator 300, the storage battery 130 is charged by receiving a portion of the electricity output from the generator 300 under the control of the control device 400.

도 4는 이러한 수소발생장치를 통하여 생성되는 수소 연료의 공급 흐름도를 나타낸 것으로, 급수장치(110)의 급수배관(115)을 통하여 공급되는 물은 여과기(116)를 거쳐 정수되어 수소발생기(120)로 공급되고, 수소발생기(120)에서 물의 전기 분해를 통하여 생성되는 수소는 가스배관(125)의 여과기(126)를 거쳐 수분이 제거된 상태로 내연기관(200)에 연료로 공급되게 된다.
4 shows a flow chart of the hydrogen fuel generated through the hydrogen generator, the water supplied through the water supply pipe 115 of the water supply device 110 is purified through the filter 116, the hydrogen generator 120 Hydrogen generated through the electrolysis of water in the hydrogen generator 120 is supplied to the internal combustion engine 200 as fuel as the water is removed through the filter 126 of the gas pipe 125.

상기 내연기관(200)은 수소발생기(120)로부터 공급되는 수소를 연료로 구동되어 회전력을 발생시키는 장치로서, 도 5는 본 발명에 따른 내연기관의 동작 개념도를 나타낸 것이다. The internal combustion engine 200 is a device for generating a rotational force by driving the hydrogen supplied from the hydrogen generator 120 as a fuel, Figure 5 shows a conceptual diagram of the operation of the internal combustion engine according to the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 내연기관(200)은 실린더(210)의 내측에서 수직 상하 운동을 반복하는 피스톤(220)과, 이 피스톤(220)의 하부에 연결되어 피스톤(220)의 상하 운동을 회전 운동으로 전환하는 크랭크 축(230)과, 상기 실린더(210) 내측에서 피스톤(220)에 의해 압축되는 수소 연료를 점화시켜 폭발시키는 점화플러그(211)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 실린더(210)의 상부에는 실린더(210) 내측에 수소 연료를 공급하는 흡기배관(212)과, 상기 실린더(210) 내부에서 연소된 가스를 배출시키는 배기배관(213)이 형성된다. As shown in FIG. 5, the internal combustion engine 200 has a piston 220 which repeats vertical up and down movement inside the cylinder 210, and is connected to a lower portion of the piston 220 so that the piston 220 moves up and down. And a crank shaft 230 for converting the motion into a rotational motion, and an ignition plug 211 for igniting and exploding the hydrogen fuel compressed by the piston 220 inside the cylinder 210. In addition, an upper portion of the cylinder 210 is formed with an intake pipe 212 for supplying hydrogen fuel inside the cylinder 210 and an exhaust pipe 213 for discharging the gas combusted in the cylinder 210.

상기의 구성으로 이루어진 내연기관(200)은 초기 동작이 시동모터(250)에 의해 이루어지게 되는데, 상기 시동모터(250)는 모터 축이 기어나 클러치 또는 벨트 등으로 내연기관(200)의 크랭크 축(230)과 연결되어 동력을 전달하게 된다. 상기 시동모터(250)에 의해 크랭크 축(230)이 회전하게 되면 실린더(210) 내측에서 피스톤(220)이 상하 왕복 운동을 하게 되고, 이에 따라 수소 연료의 흡기, 압축, 폭발, 배기 과정을 수행하게 된다. 상기 폭발을 위해 점화플러그(211)는 제어장치(400)의 제어에 따라 축전지(130)로부터 전원을 공급받아 점화됨으로써 압축된 수소 연료를 폭발시키게 되며, 이후 내연기관(200)은 시동모터(250)의 동력 없이도 수소 연료의 폭발력에 의해 흡기, 압축, 폭발, 배기의 4행정 싸이클을 반복 수행하게 된다. 상기 내연기관(200)의 구동은 실린더(210)의 왕복 운동에 따라 크랭크 축(230)을 회전시키게 되며, 크랭크 축(230)의 회전력은 발전기(300)로 전달되게 된다.
The internal combustion engine 200 having the above configuration is the initial operation is made by the starting motor 250, the starting motor 250 is a crank shaft of the internal combustion engine 200, the motor shaft is a gear, clutch or belt, etc. It is connected to 230 and transmits power. When the crank shaft 230 is rotated by the starting motor 250, the piston 220 reciprocates up and down inside the cylinder 210, thereby performing intake, compression, explosion, and exhaust of hydrogen fuel. Done. For the explosion, the spark plug 211 receives power from the storage battery 130 and ignites the compressed hydrogen fuel by ignition under the control of the control device 400. Then, the internal combustion engine 200 starts the starting motor 250. Even without the power of), the explosive force of the hydrogen fuel causes the four-stroke cycle of intake, compression, explosion, and exhaust to be repeated. The driving of the internal combustion engine 200 rotates the crankshaft 230 according to the reciprocating motion of the cylinder 210, and the rotational force of the crankshaft 230 is transmitted to the generator 300.

상기 발전기(300)는 내연기관(200)으로부터 전달되는 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 장치로서, 도 6은 이러한 발전기의 동작 개념도를 나타낸 것이다.The generator 300 is a device for generating electricity by using the rotational force transmitted from the internal combustion engine 200, Figure 6 shows a conceptual diagram of the operation of such a generator.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 발전기(300)는 자석을 통하여 자기장을 형성하는 고정자(320) 사이를 회전자(310)가 회전하면서 기전력을 발생시킴으로써 전기를 생산하는 구조로 이루어져 있다. 상기 발전기(300)의 회전자(310)는 내연기관(200)의 크랭크 축(230)과 기어나 클러치, 벨트 또는 직접 맞물려 연결되어 회전력을 전달받게 되며, 회전자(310)가 회전함에 따라 발생하는 전기는 제어장치(400)의 제어에 따라 출력단자를 통하여 외부로 출력되게 된다. 이러한 발전기(300)의 구조는 일반적인 교류 발전기 또는 직류 발전기의 구조를 따르므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
As shown in FIG. 6, the generator 300 is configured to generate electricity by generating electromotive force while the rotor 310 rotates between stators 320 forming a magnetic field through a magnet. The rotor 310 of the generator 300 is directly engaged with a crank shaft 230 of the internal combustion engine 200 and gears, clutches, belts, or the like, and receives a rotational force, and is generated as the rotor 310 rotates. The electricity is output to the outside through the output terminal under the control of the control device 400. Since the structure of the generator 300 follows the structure of a general alternator or a direct current generator, a detailed description thereof will be omitted.

상기 제어장치(400)는 상술한 수소 발생장치와 내연기관(200) 및 발전기(300)의 동작을 제어하는 전자 제어장치(400)로서, 이 제어장치(400)는 급수장치(110)의 급수 제어, 수소발생기(120)의 물 전기 분해 및 수소 공급 제어, 축전지(130)의 충방전 제어, 시동모터(250) 및 점화플러그(211)를 통한 내연기관(200) 구동 제어, 발전기(300)의 발전 및 출력 전원 제어, 시스템 내부 온도 제어 등의 기능을 수행하게 된다. 또한, 상기 제어장치(400)는 수소발생기(120)의 동작 상태를 감시하여 수소 가스가 정상적으로 발생하지 않으며 오류 신호를 발생시켜 경고하게 되며, 발전기(300)의 출력 전원을 감시하여 과전류나 과전압 등이 발생하는 경우 이를 경고하고 발전기(300)의 전원 출력을 차단시켜 시스템을 보호할 수 있도록 한다.
The control device 400 is an electronic control device 400 for controlling the operation of the above-described hydrogen generator, the internal combustion engine 200 and the generator 300, the control device 400 is the water supply of the water supply device 110 Control, water electrolysis and hydrogen supply control of the hydrogen generator 120, charging and discharging control of the storage battery 130, drive control of the internal combustion engine 200 through the starting motor 250 and the spark plug 211, generator 300 It performs functions such as power generation, output power control, and system internal temperature control. In addition, the control device 400 monitors the operating state of the hydrogen generator 120, the hydrogen gas does not occur normally, generates an error signal to warn, monitor the output power of the generator 300, such as overcurrent or overvoltage If this occurs, it warns and cuts off the power output of the generator 300 to protect the system.

이하에서는 상기의 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 내연기관 발전시스템을 통하여 전기가 생산되는 과정에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a process of producing electricity through the internal combustion engine power generation system according to the present invention having the above configuration will be described.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 발전시스템의 전기 생산 과정을 나타낸 흐름도이다. 7 is a flow chart showing the electricity production process of the internal combustion engine power generation system according to an embodiment of the present invention.

단계 S110 : 먼저, 시스템이 턴온되면, 급수장치(110)를 통하여 수소발생기(120)에 물이 공급되게 되는데, 상기 급수장치(110)를 통하여 수소발생기(120)로 공급되는 물은 급수배관(115)에 설치된 여과기(116)를 통하여 정수되며, 이 물은 수소발생기(120)의 수위가 설정된 수위에 안정적으로 도달할 때까지 공급된다. 이후, 상기 급수장치(110)는 수소발생기(120)의 수위가 일정하게 유지될 수 있도록 수소발생기(120)의 수위를 조절하게 된다. Step S110: First, when the system is turned on, water is supplied to the hydrogen generator 120 through the water supply device 110, and the water supplied to the hydrogen generator 120 through the water supply device 110 is a water supply pipe ( The water is purified through the filter 116 installed at 115, and this water is supplied until the water level of the hydrogen generator 120 reaches the set water level stably. Thereafter, the water supply device 110 adjusts the level of the hydrogen generator 120 so that the level of the hydrogen generator 120 can be maintained constant.

단계 S120 : 급수장치(110)를 통하여 공급되는 물이 수소발생기(120)의 설정 수위에 도달하게 되면, 수소발생기(120)는 물을 전기 분해하여 수소를 생성하게 된다. 상기 물을 전기 분해하는데 사용되는 초기 전원은 제어장치(400)의 제어에 따라 축전지(130)로부터 공급받게 되며, 이후 발전기(300)가 동작하여 발전이 이루어지게 되면 발전기(300)의 출력 전원을 통하여 공급받게 된다. 상기 수소발생기(120)를 통하여 생성되는 수소의 양은 전류조절기(127)에 의해 조절되는 전류에 따라 조절된다. Step S120: When the water supplied through the water supply device 110 reaches the set level of the hydrogen generator 120, the hydrogen generator 120 electrolyzes water to generate hydrogen. The initial power used to electrolyze the water is supplied from the storage battery 130 under the control of the control device 400, and when the generator 300 operates to generate power, output power of the generator 300 is generated. Supplied through. The amount of hydrogen generated through the hydrogen generator 120 is adjusted according to the current controlled by the current regulator 127.

단계 S130, S140 : 수소발생기(120)의 동작에 따라 수소가 생성되면, 생성되는 수소는 가스배관(125)을 통해 내연기관(200)으로 공급되며(S130), 공급되는 수소 연료를 통하여 내연기관(200)이 동작하게 된다(S140). 상기 내연기관(200)은 제어장치(400)에 의해 구동되는 시동모터(250)로부터 초기 동력을 전달받아 실린더(210) 내에 구비된 피스톤(220)을 왕복 운동시키게 되고, 피스톤(220)의 왕복 운동에 따라 실린더(210) 내부로 공급되는 수소 연료는 점화플러그(211)의 점화에 의해 폭발함으로써 4 행정 싸이클을 반복 수행하게 된다. 상기 점화플러그(211)는 축전지(130)로부터 전원을 공급받아 점화가 이루어지게 되는데, 이 점화플러그(211)의 동작은 제어장치(400)에 의해 제어된다. 또한, 제어장치(400)는 발전기(300)의 발전 효율에 따라 내연기관(200)의 RPM을 조절함으로써 발전기(300)의 전달되는 회전력을 조절하게 된다. Steps S130 and S140: When hydrogen is generated according to the operation of the hydrogen generator 120, the generated hydrogen is supplied to the internal combustion engine 200 through the gas pipe 125 (S130) and the internal combustion engine through the supplied hydrogen fuel. 200 is operated (S140). The internal combustion engine 200 receives initial power from the starting motor 250 driven by the control device 400 to reciprocate the piston 220 provided in the cylinder 210, and reciprocates the piston 220. Hydrogen fuel supplied into the cylinder 210 in accordance with the movement is exploded by the ignition of the spark plug 211 to repeat the four-stroke cycle. The spark plug 211 is supplied with power from the battery 130 to ignite, and the operation of the spark plug 211 is controlled by the control device 400. In addition, the control device 400 adjusts the rotational force transmitted by the generator 300 by adjusting the RPM of the internal combustion engine 200 according to the power generation efficiency of the generator 300.

단계 S150, S160 : 내연기관(200)의 구동에 따라 발생하는 회전력은 발전기(300)로 전달되며(S150), 발전기(300)는 내연기관(200)으로부터 전달받은 회전력을 통하여 회전자(310)를 고정자(320) 내측에서 회전시켜 기전력에 따른 전기를 발생시키게 된다. Step S150, S160: the rotational force generated by the drive of the internal combustion engine 200 is transmitted to the generator 300 (S150), the generator 300 is a rotor 310 through the rotational force received from the internal combustion engine 200 Is rotated inside the stator 320 to generate electricity according to the electromotive force.

단계 S170 : 발전기(300)에 의해 발생되는 전기는 제어장치(400)의 제어에 따라 출력단자를 통하여 외부로 출력되는데, 이 출력 전원이 기준에 미치지 못하거나 이상이 발생하는 경우 제어장치(400)는 출력 전원을 차단하고 오류 경보를 발생시키게 된다. Step S170: The electricity generated by the generator 300 is output to the outside through the output terminal according to the control of the control device 400, if the output power does not meet the reference or abnormality occurs the control device 400 Will shut off the output power and generate a fault alarm.

단계 S180 : 한편, 발전기(300)에 의해 전원이 정상적으로 생산되어 출력되게 되면, 제어장치(400)는 출력 전원의 일부를 축전지(130) 및 수소발생기(120)에 공급하여 축전지(130)를 충전시키는 동시에 수소발생기(120)의 구동에 필요한 전원을 공급하게 된다. Step S180: On the other hand, when the power is normally produced and output by the generator 300, the control device 400 supplies a part of the output power to the storage battery 130 and the hydrogen generator 120 to charge the storage battery 130. At the same time, the power required to drive the hydrogen generator 120 is supplied.

단계 S190 : 상기 물의 전기 분해를 통한 수소 연료 생산 및 수소 연료를 통한 발전 과정은 시스템이 종료될 때까지 반복 수행되며, 이러한 일련의 과정 중에 제어장치(400)는 시스템의 내부 온도가 설정 온도를 유지할 수 있도록 히터나 팬 등을 이용하여 내부 온도를 제어하게 된다.
Step S190: The hydrogen fuel production through the electrolysis of water and the power generation process through the hydrogen fuel are repeated until the system is terminated, and during this series of processes, the controller 400 maintains the internal temperature of the system at a set temperature. The internal temperature is controlled by using a heater or a fan.

이와 같이, 본 발명에 따른 수소를 이용한 내연기관 발전시스템은 물을 전기 분해하여 수소를 생산하고, 생산되는 수소를 연료로 내연기관(200)을 구동시키며, 내연기관(200)의 구동에 따른 회전력을 발전기(300)에 전달하여 발전기(300)를 동작시킴으로써 전기를 생산할 수 있게 된다. 또한, 발전기(300)에 의해 생산되는 전기 중 일부를 통하여 축전지(130)를 충전시키고, 물을 전기 분해하는데 사용하도록 함으로써 발전기(300)의 구동 후 자체 발전에 의해 지속적인 발전이 이루어질 수 있게 된다.
As described above, the internal combustion engine power generation system using hydrogen according to the present invention produces hydrogen by electrolyzing water, drives the internal combustion engine 200 with the hydrogen produced as fuel, and the rotational force according to the driving of the internal combustion engine 200. By transmitting to the generator 300 to operate the generator 300 it is possible to produce electricity. In addition, by charging the storage battery 130 through some of the electricity produced by the generator 300, and to be used to electrolyze the water can be a continuous power generation by the self-generation after the drive of the generator 300.

한편, 이러한 수소를 연료로 내연기관 발전시스템을 구동하여 발전하는 경우, 최종적으로 발전된 전력량이 수소 연료를 생산하는데 필요한 전력량보다 많아야 산업적으로 이용 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 내연기관 발전시스템은 자가발전한 전력을 이용하여 수소 연료를 생산하여야 함으로, "자가 발전한 전력량 ≥ 연료 생산에 필요한 전력량 + 잉여 전력량(사용 전력)"과 같은 공식이 성립하여야 한다. On the other hand, in the case of generating power by driving an internal combustion engine power generation system using such hydrogen as fuel, the amount of power finally generated may be more industrially available than the amount of power required to produce hydrogen fuel. That is, since the internal combustion engine power generation system according to the present invention should produce hydrogen fuel by using self-generated power, a formula such as "the amount of self-generated power ≥ the amount of power required for fuel production + the amount of surplus power (use power)" must be established.

이하에서는 본원발명에 적용된 수소를 이용한 내연기관 발전시스템이 상기 공식을 성립하는지에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, it will be described whether the internal combustion engine power generation system using hydrogen applied to the present invention holds the above formula.

먼저, 연료량(Qe)으로부터 연비(g/PS.Hr)와 연료소모량(liter/Hr)를 구하기 위해서는 연료소모시간(T(sec))을 산출하여야 하는데, 이러한 연료소모시간(T(sec)) 산출은 다음의 수학식 1과 같이 구해진다.First, in order to calculate fuel consumption (g / PS.Hr) and fuel consumption amount (liter / Hr) from the fuel amount Qe, the fuel consumption time T (sec) must be calculated. Calculation is calculated | required as following formula (1).

[수학식 1][Equation 1]

T(sec) = (120 × U) ÷ (엔진기통수 × 엔진rpm/1000 × Qe)T (sec) = (120 × U) ÷ (Engine Passage × Engine RPM / 1000 × Qe)

여기서, U는 시험기에서 사용하는 연료통의 용량으로 엔진이, 500cc인 경우인 것으로 설명한다.
Here, U is described as a case where the engine is 500 cc in terms of the capacity of the fuel tank used in the tester.

상기 연료소모시간(T(sec))으로부터 연비(g/PS.Hr)를 구하는 공식은 다음의 수학식 2와 같다.The formula for calculating fuel economy (g / PS.Hr) from the fuel consumption time (T (sec)) is shown in Equation 2 below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

연비(g/PS.Hr) = 0.83 × 3600sec × U ÷ (엔진마력 PS × T)
Fuel Consumption (g / PS.Hr) = 0.83 × 3600sec × U ÷ (Engine Power PS × T)

또한, 상기 연료소모시간(T(sec))으로부터 연료소모량(liter/Hr)을 구하는 공식은 다음의 수학식 3과 같다.In addition, the formula for calculating the fuel consumption amount (liter / Hr) from the fuel consumption time (T (sec)) is the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

연료소모량(liter/Hr) = (U/T) × (1liter/1000cc) × (3600sec/1Hr)
Fuel Consumption (liter / Hr) = (U / T) × (1liter / 1000cc) × (3600sec / 1Hr)

상기 수학식들에 따라 연료량(Qe) 값이 231.5(출력 405 PS/18,000 RPM)이고, 엔진이 6기통인 경우 연료소모량을 계산해 본다면 다음과 같다. According to the above equations, if the fuel quantity Qe value is 231.5 (output 405 PS / 18,000 RPM) and the engine has six cylinders, the fuel consumption is calculated as follows.

T = 120 × 500 ÷ (6 × 1.8 × 231.5) = 23.998 secT = 120 × 500 ÷ (6 × 1.8 × 231.5) = 23.998 sec

연비= 0.83 × 3600 × 500 ÷ (405 × 23.998 ) = 153.716 g/PS.HrFuel Consumption = 0.83 × 3600 × 500 ÷ (405 × 23.998) = 153.716 g / PS.Hr

시간당 연료소모량 = (500/23.998 ) × 0.001 × 3600 = 75 liter/HrFuel consumption per hour = (500 / 23.998) × 0.001 × 3600 = 75 liter / Hr

따라서, therefore,

분당 연료소모량 = 75 liter/Hr /60분 = 1.25 LiterFuel consumption per minute = 75 liter / Hr / 60 minutes = 1.25 Liter

1회전당 연료소모량 = 1.25 Liter /1800RPM = 0.69 ml Fuel consumption per revolution = 1.25 Liter / 1800 RPM = 0.69 ml

위와 같이 계산한 결과, 275KW의 출력을 하는 내연기관 발전기의 분당 연료 소비량은 1.25 Liter 가 된다. As a result of the above calculation, the fuel consumption per minute of the internal combustion engine generator, which outputs 275KW, is 1.25 liters.

따라서, 물을 전기분해하여 수소를 발생하는 양 또한 1.25 Liter 이상되어야 하며, 전기소비량 또한 위 발전기의 출력 275KW보다 작아야 한다.
Therefore, the amount of hydrogen generated by electrolysis of water should be more than 1.25 liters, and the electricity consumption should also be less than 275KW output of the above generator.

한편, 물의 전기 분해하기 위한 전기 소비량 및 이를 통하여 발생하는 수소 발생량은 다음과 같다. On the other hand, the electricity consumption for the electrolysis of water and the hydrogen generated through it is as follows.

전기 분해에서는 전류량 1Faraday에 대해서 1g당량이 석출되는데, 즉 1Faraday = 96500Coulomb = 96500 ASec이고, 수소의 1g 당량은 1.008g이 된다. 또한, 수소 1mole의 부피는 22.4리터, 질량은 약 2g이 된다. In electrolysis, 1 g equivalent is precipitated with respect to 1 Faraday current, that is, 1 Faraday = 96500 Coulomb = 96500 ASec, and 1 g equivalent of hydrogen is 1.008 g. In addition, the volume of 1 mole of hydrogen is 22.4 liters and the mass is about 2 g.

따라서, 수소 1cc는 2/22400Thus, 1cc of hydrogen is 2/22400

(96500Coulomb/2g) × (2g/22400) = 4.388 Coulomb (96500 Coulomb / 2g) × (2g / 22400) = 4.388 Coulomb

즉, 1A 전류로 4.388초 전류를 흘리면 1ml 의 수소가 발생하게 된다.That is, 1 ml of hydrogen is generated when 4.388 seconds of current flows with 1 A of current.

따라서, 상술한 내연기관의 경우 분당 1.25Liter의 연료가 필요하므로, Therefore, since the internal combustion engine described above requires 1.25 liters of fuel per minute,

초당 필요한 전류량은 (1250 ml × 4.388A)/60초 = 91.4ACurrent required per second is (1250 ml × 4.388A) / 60 seconds = 91.4A

초당 필요한 수소발생량은 91.4A /4.388 = 20.8mlThe amount of hydrogen required per second is 91.4A /4.388 = 20.8ml

축전지 12V/7.61A 이면 위 내연기관 연료 소모량을 충족할 수 있다.If the battery is 12V / 7.61A, it can meet the fuel consumption of internal combustion engine.

그러므로, 위 발전기 출력 275KW의 약 3.3/10000KW 이면 필요한 연료를 생산할 수 있다.
Therefore, about 3.3 / 10000KW of the above generator output 275KW can produce the required fuel.

상기 과정들을 통하여 계산되는 연료 소모량을 정리하면 다음과 같다.The fuel consumption calculated through the above processes is summarized as follows.

- 발전기 : 275KWGenerator: 275KW

- 내연기관 : 500CC /6기통 / 1800RPMInternal combustion engine: 500CC / 6 cylinders / 1800 RPM

- 분당 연료소모량 = 1.25 Liter -Fuel consumption per minute = 1.25 Liter

- 분당 필요로 하는 수소 발생량 >= 1.25 Liter -The amount of hydrogen required per minute> = 1.25 Liter

- 소비전력 = 91.4A (축전지(130) 12V/7,61A)Power Consumption = 91.4A (Battery 130 (12V / 7,61A))

- 발전량 275KW 의 3.3/10000KW-Power generation 275KW, 3.3 / 10000KW

따라서, 내연기관 발전시스템을 통하여 물만 충분히 공급할 수 있으며 전기 발전량 275KW의 약 3.3/10000KW로 물을 전기 분해하여 수소를 생산할 수 있으므로, 나머지 전력을 출력단자를 통하여 외부에 공급할 수 있게 되어 산업적으로 유용하게 활용될 수 있음을 알 수 있다.
Therefore, only water can be supplied through the internal combustion engine power generation system, and hydrogen can be produced by electrolyzing water at about 3.3 / 10000KW of electricity generation amount of 275KW, so that the remaining power can be supplied to the outside through the output terminal. It can be seen that it can be utilized.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수소를 이용한 내연기관 발전시스템은 물을 전기 분해하여 수소를 생산하고, 생산되는 수소를 연료로 내연기관(200)을 동작시키며, 내연기관(200)으로부터 동력을 전달받는 발전기(300)를 통하여 전기를 생산하게 된다.As described above, the internal combustion engine power generation system using hydrogen according to the present invention produces hydrogen by electrolyzing water, and operates the internal combustion engine 200 using the produced hydrogen as fuel, and generates power from the internal combustion engine 200. The generator 300 receives electricity to produce electricity.

한편, 발전기(300)는 종류에 따라 직류 발전기와 교류발전기로 나눌 수 있는데, 직류발전기는 발전기에서 출력되는 전원이 직류이므로 일정 전압만 맞으면 내연기관 발전시스템의 축전지(130) 충전 등 별도의 장치 없이 내부적으로 사용 가능해진다. 만약, 발전기의 출력 전원이 교류 전원이라면 교류 전원을 직원 전원으로 변환하는 인버터 장치 등이 추가로 구비되어야 한다. 또한, 교류 발전기인 경우에 외부에서 필요로 하는 전원이 교류 전원인 경우에는 발전기의 전원을 바로 출력하여 사용할 수 있게 된다.On the other hand, the generator 300 can be divided into a DC generator and an alternator according to the type, the DC generator is a direct current because the power output from the generator is a DC, without a separate device, such as charging the storage battery 130 of the internal combustion engine power generation system. It can be used internally. If the output power of the generator is AC power, an inverter device for converting AC power into staff power should be additionally provided. In addition, in the case of an alternator, when the externally required power source is an AC power source, the power source of the generator can be directly output and used.

이와 같이, 본 발명에 따른 내연기관 발전시스템은 물을 원료로 사용하여 이를 바로 수소 연료로 가공 생산하여 내연기관(200)에 공급함으로써 수소 저장에 따르는 저장용기의 개발이나 생산 비용, 폭발 위험성 등을 제거할 수 있으며, 자가발전된 전력으로 내연기관 발전시스템 운전에 필요한 전원으로 사용함과 동시에 출력 전원으로 외부 기기에 공급할 수 있게 된다. 따라서, 원료인 물 공급과 시스템의 유지보수만 적절히 이루어진다면 외부의 별도 동력공급 없이 자체발전이 가능하도록 제공된다.As described above, the internal combustion engine power generation system according to the present invention uses water as a raw material, and directly processes and produces water as hydrogen fuel to supply the internal combustion engine 200 to develop or produce storage containers according to hydrogen storage, production costs, explosion hazards, and the like. Self-generated power can be used as a power source for the internal combustion engine power generation system and can be supplied to external equipment as output power. Therefore, if only the water supply and the maintenance of the system is properly made as a raw material is provided to enable self-generation without the external power supply.

이러한 본 발명에 따른 수로를 이용한 내연기관 발전시스템은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
The internal combustion engine power generation system using the water channel according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the technical idea of the present invention and claims to be described below by those skilled in the art to which the present invention belongs. Of course, various modifications and variations can be made within the scope of equivalents.

100 : 수소발생장치 110 : 급수장치
111 : 급수통 112 : 급수밸브
113 : 급수모터 114 : 수위조절장치
115 : 급수배관 116 : 여과기
120 : 수소발생기 121 : 수소발생기 본체
122 : 급수밸브 123 : 수위조절장치
124 : 가스차단밸브 125 : 가스배관
126 : 여과기 127 : 전류조절기
130 : 축전지 200 : 내연기관
210 : 실린더 211 : 점화플러그
212 : 흡기배관 213 : 배기배관
220 : 피스톤 230 : 크랭크 축
250 : 시동모터 300 : 발전기
310 : 회전자 320 : 고정자
400 : 제어장치
100: hydrogen generator 110: water supply device
111: water supply 112: water supply valve
113: water supply motor 114: water level control device
115: water supply pipe 116: filter
120: hydrogen generator 121: hydrogen generator body
122: water supply valve 123: water level control device
124: gas shutoff valve 125: gas piping
126: filter 127: current regulator
130: storage battery 200: internal combustion engine
210: cylinder 211: spark plug
212: intake piping 213: exhaust piping
220: piston 230: crankshaft
250: starting motor 300: generator
310: rotor 320: stator
400: control device

Claims (8)

수소를 연료로 사용하는 발전시스템에 있어서,
물을 전기 분해하여 수소를 생산하는 수소발생장치(100)와;
상기 수소발생장치(100)로부터 수소를 연료로 공급받아 구동되어 회전력을 발생시키는 내연기관(200)과;
상기 내연기관(200)으로부터 회전력을 전달받아 구동되어 전기를 생산하는 발전기(300)와;
상기 수소발생장치(100)와 내연기관(200) 및 발전기(300)의 동작을 제어하며, 상기 발전기(300)를 통하여 생산되는 전기의 외부 출력을 제어하는 제어장치(400);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관 발전시스템.
In a power generation system using hydrogen as a fuel,
A hydrogen generator 100 for producing hydrogen by electrolyzing water;
An internal combustion engine (200) driven by receiving hydrogen as fuel from the hydrogen generator (100) to generate rotational force;
A generator 300 that receives the rotational force from the internal combustion engine 200 and is driven to produce electricity;
It includes; a control device 400 for controlling the operation of the hydrogen generator 100, the internal combustion engine 200 and the generator 300, and controls the external output of electricity produced through the generator 300; Internal combustion engine power generation system, characterized in that.
제 1항에 있어서,
상기 수소발생장치(100)는
전원이 저장되는 축전지(130)와,
물을 공급하는 급수장치(110)와,
상기 제어장치(400)의 제어에 따라 축전지(130) 또는 발전기(300)의 출력 전원을 통하여 물을 전기 분해하여 수소를 생산하고, 생산되는 수소를 내연기관(200)에 공급하는 수소발생기(120)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관 발전시스템.
The method of claim 1,
The hydrogen generator 100 is
A storage battery 130 in which power is stored;
Water supply device 110 for supplying water,
Under the control of the control device 400, the hydrogen generator 120 to produce hydrogen by electrolyzing water through the output power of the storage battery 130 or the generator 300, and to supply the produced hydrogen to the internal combustion engine 200 An internal combustion engine power generation system characterized in that it comprises a).
제 2항에 있어서,
상기 제어장치(400)는 수소발생기(120)의 초기 동작 시 축전지(130)에 저장된 전원을 수소발생기(120)에 공급하여 동작시키며,
상기 수소발생기(120)에 의해 생산되는 수소를 통하여 내연기관(200) 및 발전기(300)가 구동하여 전기가 생산되면 생산된 전원을 수소발생기에 공급하고, 생산된 전원을 통하여 축전지(130)를 충전시키는 것을 특징으로 하는 내연기관 발전시스템.
3. The method of claim 2,
The control device 400 operates by supplying the power stored in the storage battery 130 to the hydrogen generator 120 during the initial operation of the hydrogen generator 120,
When the internal combustion engine 200 and the generator 300 are driven through the hydrogen produced by the hydrogen generator 120, the electricity is produced and supplied to the hydrogen generator, and the storage battery 130 is supplied through the produced power. An internal combustion engine power generation system, characterized by charging.
제 2항에 있어서,
상기 급수장치(110)에는
물이 저장되는 급수통(111)과,
상기 급수통(111)에 유입되는 물의 양을 조절하는 급수밸브(112)와,
상기 급수통(111)의 수위가 일정하게 유지될 수 있도록 상기 급수밸브(112)를 제어하는 수위조절장치(114)와,
상기 급수통(111)에 저장된 물을 급수배관(115)을 통하여 수소발생기(120)에 공급하는 급수모터(113)가 구비되는 것을 특징으로 하는 내연기관 발전시스템.
3. The method of claim 2,
The water supply device 110
Water tank 111 is stored water,
A water supply valve 112 for controlling an amount of water introduced into the water supply container 111;
A water level control device 114 for controlling the water supply valve 112 so that the water level of the water supply container 111 is kept constant;
Internal combustion engine power generation system characterized in that the water supply motor 113 for supplying the water stored in the water supply tank 111 to the hydrogen generator 120 through the water supply pipe 115 is provided.
제 4항에 있어서,
상기 급수배관(115)에는 물을 정화하는 여과기(116)가 설치된 것을 특징으로 하는 내연기관 발전시스템.
5. The method of claim 4,
The water supply pipe 115 is an internal combustion engine power generation system, characterized in that the filter 116 is installed to purify the water.
제 2항에 있어서,
상시 수소발생기(120)에는
상기 급수장치(110)로부터 공급되는 물의 양을 조절하는 급수밸브(122)와,
상기 수소발생기(120)의 수위가 일정하게 유지될 수 있도록 상기 급수밸브(122)를 제어하는 수위조절장치(123)와,
물을 전기 분해하는데 필요한 전류 값을 조절하는 전류조절기(127)와,
물의 전기 분해에 따라 생성되는 수소를 내연기관(200)에 공급하는 가스배관(125)과,
상기 가스배관(125)에 설치되어 내연기관(200)의 수소 공급을 차단하는 가스차단밸브(124)가 구비된 것을 특징으로 하는 내연기관 발전시스템.
3. The method of claim 2,
The hydrogen generator 120 is always
A water supply valve 122 for controlling an amount of water supplied from the water supply device 110;
A water level control device 123 for controlling the water supply valve 122 so that the water level of the hydrogen generator 120 is kept constant;
A current regulator 127 for adjusting a current value required to electrolyze water;
A gas pipe 125 for supplying hydrogen generated by the electrolysis of water to the internal combustion engine 200;
Is installed in the gas pipe 125, the internal combustion engine power generation system, characterized in that provided with a gas shutoff valve (124) for blocking the hydrogen supply of the internal combustion engine (200).
제 6항에 있어서,
상기 가스배관(125)에는 수소 가스의 수분을 제거하는 여과기(126)가 설치된 것을 특징으로 하는 내연기관 발전시스템.
The method according to claim 6,
The gas pipe (125) is an internal combustion engine power generation system, characterized in that a filter (126) for removing the water of hydrogen gas is installed.
제 1항에 있어서,
상기 내연기관(200)은
전원이 저장되는 축전지(130)로부터 전원을 공급받아 구동되는 시동모터(250)로부터 초기 구동 동력을 전달받아 시동되며, 초기 시동 후 수소를 연료로 4행정 싸이클을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 내연기관 발전시스템.
The method of claim 1,
The internal combustion engine 200
It is started by receiving initial driving power from a starting motor 250 driven by receiving power from the storage battery 130 in which power is stored, and after the initial starting, an internal combustion engine, which repeatedly performs a four-stroke cycle with hydrogen as fuel. Power generation system.
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