KR101975439B1 - 열전지를 이용한 수중 추진 장치 - Google Patents

Abstract

제안기술은 어뢰 및 기뢰와 같은 무인 수중체(Unmanned Underwater Vehicle)의 수중 추진에 필요한 추진 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장기간 동안 저장이 가능하고 고출력을 낼 수 있는 다수의 열전지를 직병렬로 연결하여 수중추진 장치의 추력에 필요한 요구출력을 발생시키는 열전지를 이용한 수중 추진 장치에 관한 발명이다.

Description

열전지를 이용한 수중 추진 장치{UNDERWATER PROPULSION SYSTEM USING THERMAL BATTERIES}

제안기술은 어뢰 및 기뢰와 같은 무인 수중체(Unmanned Underwater Vehicle)의 수중 추진에 필요한 추진 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장기간 동안 저장이 가능하고 고출력을 낼 수 있는 다수의 열전지를 직병렬로 연결하여 수중추진 장치의 추력에 필요한 요구출력을 발생시키는 열전지를 이용한 수중 추진 장치에 관한 발명이다.

일반적으로 어뢰 및 기뢰와 같은 무인 수중체(UUV)는 수 분에서 수 시간 동안 수중에서 주행하는데 이에 필요한 추진 장치의 추진력을 전지, 엔진 등을 통해 얻게 된다.

전지를 이용한 수중 추진 장치의 경우 납축 전지, 리튬계열의 1, 2차 전지, 마그네슘-염화은 전지, 아연-산화은 전지 등 요구되는 무인 수중체의 출력과 운용시간에 맞게 전지의 종류를 선택하게 된다.

그러나 상기와 같은 전지들은 전지의 제조일로부터 시간이 경과함에 따라 자가방전 효과에 의해 전지 용량이 감소하게 되고, 영하 -10℃ 이하의 낮은 온도 조건에서는 전지 내에 들어있는 전해질 성분 등의 유동성이 크게 떨어져 전지 내부저항이 크게 증가하고 궁극적으로는 전지의 성능이 충분히 발휘되지 못하는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

미국 등록특허공보 제5532079호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 어뢰 및 기뢰와 같은 무인 수중체의 수중 추진원에 사용되는 납축전지, 리튬 계열의 1, 2차 전지 등이 제조일로부터 시간이 경과함에 따라 자가방전 효과에 의해 전지 용량이 감소하여 성능이 감소하는 문제를 극복하는데 목적이 있다.

또한, 영하 40℃ 이하의 낮은 온도 조건에서도 전지 성능을 충분히 발휘하도록 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

무인 수중체(Unmanned Underwater Vehicle)의 수중 추진에 열전지를 이용하는 것을 특징으로 한다.

열전지는 다수 개 결합된 형태의 열전지 집합체로 사용되는 것을 특징으로 한다.

열전지 집합체는 무인 수중체 내부 컨테이너에 구비되는 것을 특징으로 한다.

컨테이너의 내부에는 열전지에 의해 발생한 전원을 추진 전동기에 전달하는 전원커넥터가 구비되는 것을 특징으로 한다.

열전지 집합체 내의 열전지는 전원커넥터와 개별적으로 연결된 도선을 통하여 외부에서 인가된 전류 신호에 의해 착화되는 것을 특징으로 한다.

열전지 집합체를 이루는 다수 개의 열전지 중 어느 하나의 열전지가 착화되어 발생시키는 전력을 통하여 나머지 열전지를 착화시키는 것을 특징으로 한다.

열전지는 버스바(Bus Bar)에 의해 직렬 또는 병렬 형태로 연결되는 것을 특징으로 한다.

컨테이너의 내부에는 열전지 각각 또는 열전지 집합체의 상태를 감지하는 전지관리시스템이 구비되는 것을 특징으로 한다.

전지관리시스템은 열전지 각각 또는 열전지 집합체에서 감지한 정보를 추진 장치 외부로 전달하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 납축전지, 리튬 계열의 1, 2차 전지 등이 전지 제조일로부터 시간이 경과함에 따라 전지용량이 감소하여 성능이 감소하는 문제를 극복할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 일정 기간 경과 후 새로운 전지로 교체하거나 충방전을 해야하는 등의 전지 성능 보장을 위한 별도의 유지보수가 불필요해지는 효과가 있다.

또한, -40℃의 낮은 온도 조건에서도 전지성능을 충분히 발휘할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 열전지를 이용한 수중 추진 장치 개념도.
도 2는 본 발명의 열전지 집합체 개념도.
도 3은 본 발명의 열전지 집합체 내부 개념도.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 어뢰 및 기뢰와 같은 무인 수중체(Unmanned Underwater Vehicle)의 수중 추진에 필요한 추진 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장기간 동안 저장이 가능하고 고출력을 낼 수 있는 다수의 열전지를 직병렬로 연결하여 수중추진 장치의 추력에 필요한 요구출력을 발생시키는 열전지를 이용한 수중 추진 장치에 관한 발명이다.

도 1에는 본 발명의 열전지를 이용한 수중 추진 장치 개념도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 열전지 집합체 개념도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 열전지 집합체 내부 개념도가 도시되어 있다.

본 발명은 무인 수중체(2)의 수중 추진에 열전지(6)를 이용하는 장치에 관한 것으로, 본 발명의 수중 추진 장치는 열전지(6)가 다수 개 결합된 형태의 열전지 집합체(8)와, 상기 열전지 집합체(8)를 구성하기 위해 어느 하나의 상기 열전지(6)와 다른 하나의 상기 열전지(6)를 연결하는 버스바(Bus Bar)와, 전압 등과 같은 상기 열전지(6)의 상태를 감지하는 전지관리시스템(Battery Management System)(10)과, 전원커넥터 및 컨테이너(HULL)(4)로 구성된다.

상기 열전지(6) 각각은 음극, 전해질, 양극, 열원, 집전체, 단열재 및 점화 장치로 이루어지며, 상기 구성들을 구비할 수 있는 컨테이너를 포함하는 것으로, 기존에 공지되어 있는 일반적인 열전지를 사용할 수 있다.

다수 개의 상기 열전지(6)는 상기 버스바에 의해 직렬 또는 병렬 형태로 연결되어 상기 열전지 집합체(8)를 구성하게 되고, 상기 열전지 집합체(8)는 상기 무인 수중체(2) 내부에 구비되는 원통형 알루미늄 구조체인 컨테이너(4)에 구비된다.

상기 버스바는 상기 열전지 간의 전도성을 고려하여 스테인레스 스틸(stainless steel) 등의 소재 표면에 은(Ag) 도금을 처리하여 사용하게 된다.

상기 컨테이너(4)의 내부에는 상기 전지관리시스템(10)과 상기 전원커넥터가 구비된다.

상기 전지관리시스템(10)은 상기 열전지(6) 각각 또는 상기 열전지 집합체(8)의 전압, 전류, 온도 등을 감지하여 상기 수중 추진 장치 외부로 그 정보를 제공하게 된다.

상기 전원커넥터는 상기 열전지(6)에 의해 상기 수중 추진 장치에서 발생한 전원을 추진전동기에 전달하는 역할을 하게 된다.

상기 전원커넥터는 전도성을 고려하여 스테인레스 스틸(stainless steel) 등의 소재 표면에 은(Ag) 도금을 처리하여 사용하게 된다.

상기 열전지 집합체(8)를 구성하는 각각의 상기 열전지(6)는 상기 전원커넥터와 개별적으로 연결된 도선을 통하여 외부에서 인가된 전류 신호에 의해 착화되어진다.

다수 개의 상기 열전지(6)를 착화시키기 위해서는 무인 수중체(2)의 외부에 있는 전원에서 다량의 전류가 인가되어야 하는데 이는 구조상 불가능하기 때문에 본 발명에서는 다수 개의 상기 열전지(6) 중 어느 하나의 열전지(6)를 착화시키고, 상기 어느 하나의 열전지(6)가 착화되어 발생시키는 전력을 통하여 상기 열전지 집합체(8)를 구성하는 나머지 열전지(6)를 착화시키는 방법을 사용한다.

상기와 같이 무인 수중체(2)의 수중 추진 장치로 열전지(6)를 사용하게 되면 기존의 무인 수중체(2)의 수중 추진 장치로 사용되던 납축전지, 리튬 계열의 1, 2차 전지 등이 전지 제조일로 시간이 경과함에 따라 전지 용량이 감소하여 성능이 감소하던 문제를 극복할 수 있으며, 따라서 일정 기간 경과 후에 새로운 전지로 교체하거나 충방전을 해야 하는 등의 전지 성능 보장을 위한 별도의 유지보수가 불필요해지는 효과가 있다.

또한, 열전지(6)를 이용하게 되면 -40℃의 낮은 온도 조건에서도 사용 가능하므로 기존의 납축전지, 리튬 계열의 1, 2차 전지 내에 들어있는 전해질 성분 등의 유동성이 떨어지는 문제를 해결할 수 있게 되어 전지 성능을 충분히 발휘할 수 있게 된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 무인 수중체
4 : 컨테이너
6 : 열전지
8 : 열전지 집합체
10 : 전지관리시스템

Claims (9)

1. 무인 수중체(Unmanned Underwater Vehicle)의 수중 추진에 열전지를 이용하며,
   상기 열전지 각각은 음극, 전해질, 양극, 열원, 집전체, 단열재 및 점화 장치로 이루어지고,
   상기 열전지는 버스바(Bus Bar)에 의해 직렬 또는 병렬 형태로 연결되어 다수 개 결합된 형태의 열전지 집합체로 사용되며,
   상기 열전지 집합체를 이루는 다수 개의 상기 열전지 중 어느 하나의 열전지가 착화되어 발생시키는 전력을 통하여 나머지 열전지를 착화시키는 것
   을 특징으로 하는 열전지를 이용한 수중 추진 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 열전지 집합체는 상기 무인 수중체 내부 컨테이너에 구비되는 것을 특징으로 하는 열전지를 이용한 수중 추진 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 컨테이너의 내부에는 상기 열전지에 의해 발생한 전원을 추진 전동기에 전달하는 전원커넥터가 구비되는 것을 특징으로 하는 열전지를 이용한 수중 추진 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 열전지 집합체 내의 상기 열전지는 상기 전원커넥터와 개별적으로 연결된 도선을 통하여 외부에서 인가된 전류 신호에 의해 착화되는 것을 특징으로 하는 열전지를 이용한 수중 추진 장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제3항에 있어서,
   상기 컨테이너의 내부에는 상기 열전지 각각 또는 상기 열전지 집합체의 상태를 감지하는 전지관리시스템이 구비되는 것을 특징으로 하는 열전지를 이용한 수중 추진 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 전지관리시스템은 상기 열전지 각각 또는 상기 열전지 집합체에서 감지한 정보를 추진 장치 외부로 전달하는 것을 특징으로 하는 열전지를 이용한 수중 추진 장치.

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