KR102245475B1 - Energy Self-Contained Unmanned Aerial Vehicle using Electrolysis and Hydrogen Fuel Cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론에 관한 것이다. The present invention relates to an energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone.
수전해(전기 분해) 시스템은 물을 전기화학적으로 분해하여 수소와 산소를 발생시키는 시스템으로서, 다른 수소 제조 방법에 비해 간단한 가동 조건과 작은 부피, 고순도의 수소를 얻을 수 있는 장점이 있어 수소 제조 기술로 주목 받고 있다. 물을 전기분해 하는 수전해 분야에서 대표적인 방법으로는 고체 산화물 수전해법(Solid Oxide Electrolysis, SOE), 고분자 전해질 막 수전해법(Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis, PEME), 알칼라인 수전해법(Alkaline Electrolysis, AE) 등이 존재한다.The water electrolysis (electrolysis) system is a system that generates hydrogen and oxygen by electrochemically decomposing water. Compared to other hydrogen production methods, the water electrolysis (electrolysis) system has the advantages of simple operation conditions, small volume, and high purity hydrogen. Is attracting attention. Representative methods in the field of water electrolysis to electrolyze water include solid oxide electrolysis (SOE), polymer electrolyte membrane electrolysis (PEME), and alkaline water electrolysis (AE). exist.
수전해 분야에서 고온 수증기 전해법은 물을 분해하기 위해 필요한 전기에너지가 고온에서 더 낮아지는 현상을 이용한 방법으로 적은 전기에너지로 고효율의 물 분해가 가능하고, 고체산화물전지(SOFC)와 구조 및 원리가 같아 양방향 운전이 가능하다. In the field of water electrolysis, the high-temperature steam electrolysis method uses the phenomenon that the electric energy required to decompose water is lowered at a high temperature. It enables high-efficiency water decomposition with less electric energy, and the structure and principle of a solid oxide battery (SOFC) It is possible to drive in both directions.
연료 전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산하는 방법으로, 내연 기관에 비해 환경오염이 덜하고 에너지 효율이 높아 대체에너지 기술 중 하나로 꼽히고 있다. 특히, 물을 전기분해 하여 수소를 생산하는 수전해 시스템은, 100%에 가까운 수소 순도와 더불어 부산물로 오직 산소만을 배출하는 친환경적인 측면에서 각광받고 있다. Fuel cells are a method of generating electricity by reacting hydrogen and oxygen electrochemically, and are considered as one of the alternative energy technologies due to their low environmental pollution and high energy efficiency compared to internal combustion engines. Particularly, a water electrolysis system that produces hydrogen by electrolyzing water is attracting attention in terms of eco-friendliness that discharges only oxygen as a by-product with hydrogen purity close to 100%.
고분자 전해질 막 연료전지(PEMFC)는 넓은 전력 공급 범위 및 다양한 응용 분야를 통해 지속적으로 성장하고 있으며, 2013년에 신재생 에너지 설비의 지원에 관한 지침이 개정되면서 에너지 생산량 및 보정 계수 6.5를 지정 받아 공공기관 설치 의무화 시장뿐만 아니라 민간시장까지 빠르게 도입되고 있다. Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) is continuously growing through a wide power supply range and various application fields, and as the guidelines on support for renewable energy facilities were revised in 2013, energy production and correction factor 6.5 were designated. It is rapidly being introduced to the private market as well as the market requiring institutional installation.
연료전지의 응용분야 중 운송 분야는 자동차 시장에 집중되고 있으며, 두산 퓨얼 셀은 클리어 에지 파워(Clear Edge Power)를 병합하여 건물 및 차량에 공급할 수 있는 연료전지 생산에 집중하고 있다. 현대자동차는 2018년 1월부터 수소전기차를 생산할 계획에 있다.Among the application fields of fuel cells, the transportation field is focused on the automobile market, and Doosan Fuel Cell is concentrating on the production of fuel cells that can be supplied to buildings and vehicles by incorporating Clear Edge Power. Hyundai Motor Company plans to produce hydrogen electric vehicles from January 2018.
한국 에너지 기술연구원에서는 고온 고압의 폐열과 수증기를 재활용할 수 있는 평관형 고온 수전해 수소 제조 기술을 개발하였으며, 울산과학기술원에서 연료극(양극)과 공기극(음극) 소재를 이중층으로 페로브스카이트로 적용하여 한 시간에 0.9L의 수소를 생산하는 고체산화물 수전해 전지를 개발하였다. The Korea Institute of Energy Research has developed a flat tube-type high-temperature water electrolysis hydrogen manufacturing technology that can recycle waste heat and water vapor at high temperature and high pressure, and the Ulsan Institute of Science and Technology applies the anode (anode) and cathode (cathode) materials as a double layer as perovskite. Thus, a solid oxide electrolytic cell was developed that produced 0.9 L of hydrogen per hour.
한국공개특허 제10-2005-0075628호는 온 메탄 개질형 하이브리드 수전해 시스템에 관한 것으로, 메탄의 수증기 개질반응과 고온의 수전해 반응에 의한 수소 생산이 함께 진행될 수 있도록 구성하고, 메탄의 자열반응에 의해 생성된 열과 메탄의 완전 산화반응 또는 부분 산화반응에 의해 생성된 열이 고온의 운전조건이 요구되는 수전해기에 활용될 수 있도록 구성하여 기존 수전해 시스템과 비교하여 효율적으로 에너지를 활용하고 에너지 소모량을 감소시키는 기술을 개시하고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0075628 relates to an on-methane reforming hybrid water electrolysis system, which is configured so that the steam reforming reaction of methane and hydrogen production by high temperature water electrolysis can proceed together, and the autothermal reaction of methane The heat generated by the complete oxidation reaction of methane and the heat generated by the partial oxidation reaction of methane is constructed so that it can be utilized in a water electrolyzer that requires a high-temperature operation condition. Disclosed is a technology for reducing consumption.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기후변화 대응을 위한 온실가스 감축과 기후변화 적응 의무 수행을 위해 국가적으로 화학연료의 사용을 감소시키고 대체 친환경 에너지를 활용하며, 어디서나 쉽게 구할 수 있는 물을 통해 친환경적으로 수소를 생산하여 에너지 생산 및 사용이 가능한 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론을 제공하는데 있다. The technical task to be achieved by the present invention is to reduce the use of chemical fuels nationally, to use alternative eco-friendly energy, to reduce greenhouse gas emissions to respond to climate change and to fulfill the obligation to adapt to climate change. It aims to provide an energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone capable of producing and using energy by producing hydrogen.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템은 수전해 처리를 위한 용수를 공급 받아 정수 처리하는 정수 처리부, 정수된 용수와 태양광 에너지를 이용한 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 수소가스를 공급하는 수전해 처리 및 가스 제어부 및 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 수전해 처리 및 가스 제어부로부터 수소를 공급 받아 생성된 전기에너지를 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 추진부에 동력으로 공급하거나 배터리에 저장하는 에너지 생산 및 저장부를 포함한다. In one aspect, the energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system proposed in the present invention is a water treatment unit that receives water for water treatment and treats it, and water electrolysis treatment using purified water and solar energy. Hydrogen and oxygen are generated through water electrolysis treatment and gas control unit and separate energy charge are not required, and hydrogen is supplied from water electrolysis treatment and gas control unit to supply hydrogen gas by controlling the pressure of the generated hydrogen gas. It includes an energy production and storage unit that supplies the generated electric energy as power to the propulsion unit of an energy-independent water-electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone or stores it in a battery.
수전해 처리 및 가스 제어부는 태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용하기 위한 태양열 집열판, 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 청정 수소가스를 발생시키는 수전해 처리부, 수전해 처리를 통해 생산된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급하는 가스 제어부, 발생된 수소를 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환하는 수소 정제부 및 정제된 수소가스를 저장하는 수소 저장부를 포함한다. The water electrolysis treatment and gas control unit uses solar energy to supply the power required for the initial water electrolysis treatment, and the solar heat collector to use it as a reserve power, and purified water is supplied to clean hydrogen through hydrogen electrolysis using solar energy. A water electrolysis treatment unit that generates gas, a gas control unit that regulates and supplies the pressure of hydrogen gas produced through water electrolysis treatment, and a hydrogen purification unit that converts the generated hydrogen into high purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process and purification. It includes a hydrogen storage unit for storing the hydrogen gas.
에너지 생산 및 저장부는 수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산하는 연료전지를 포함한다. The energy production and storage unit includes a fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen, which are produced through water electrolysis and converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process.
에너지 생산 및 저장부는 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 전력 공급 없이도 구동이 가능하도록 여분의 전기를 배터리에 저장하도록 제어하는 배터리 관리부를 포함한다. The energy production and storage unit does not require separate energy charging and includes a battery management unit that controls to store excess electricity in the battery so that it can be driven without power supply.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 전력 공급 방법은 수전해 처리를 위한 용수를 공급 받아 정수 처리부를 통해 정수 처리하는 단계, 정수 처리부를 통해 정수된 용수와 태양광 에너지를 이용한 수전해 처리를 수전해 처리 및 가스 제어부를 통해 수행하여 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 수소가스를 공급하는 단계 및 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않는 에너지 생산 및 저장부를 통해 수전해 처리 및 가스 제어부로부터 수소를 공급 받아 생성된 전기에너지를 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 추진부에 동력으로 공급하거나 배터리에 저장하는 단계를 포함한다. In another aspect, the power supply method of an energy-independent hydrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone proposed in the present invention is a step of receiving water for electrolysis treatment and treating it through a water treatment unit, through the water treatment unit. Water electrolysis treatment using purified water and solar energy is performed through a water electrolysis treatment and a gas control unit to generate hydrogen and oxygen, and supplying hydrogen gas by controlling the pressure of the generated hydrogen gas and charging additional energy. Electric energy generated by receiving hydrogen from the water electrolysis treatment and gas control unit through the energy production and storage unit that does not require energy is supplied as power to the propulsion unit of an energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone or stored in a battery. Includes steps.
본 발명의 실시예들에 따르면 화학연료의 사용을 감소시키고 대체 친환경 에너지를 활용하며, 어디서나 쉽게 구할 수 있는 물을 통해 친환경적으로 수소를 생산하여 에너지 생산 및 사용이 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론을 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the use of chemical fuel is reduced, alternative eco-friendly energy is utilized, and energy is produced and used in an environment-friendly way through water that can be easily obtained from anywhere. Water drones can be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템의 개통도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 조감도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템의 전력 공급 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a diagram showing an opening diagram of an energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a bird's-eye view of an energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a power supply method of an energy-independent hydro-electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템의 개통도를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing an opening diagram of an energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system according to an embodiment of the present invention.
기후변화 대응을 위한 온실가스 감축과 기후변화 적응 의무 수행을 위해 국가적으로 화학연료의 사용을 감소하고 대체 친환경 에너지를 활용하는 방안이 확대 대고 있다. 연료전지란 연료를 산화 시킬 때 나오는 화학에너지를 전기에너지로 바꿔주는 전지다. 연료전지가 일반 화학전지와 다른 점은 외부에서 계속 연료를 공급받아 이를 산화시켜 전기를 생산한다는 점이다. 하지만 수소 공급을 위한 수소 충전소 설치뿐만 아니라 공급, 저장 등의 인프라 구축이 함께 수반 되어야 한다. 이에 본 발명은 어디서나 쉽게 구할 수 있는 물을 통해 친환경적으로 수소를 생산하여 에너지 생산 및 사용이 가능한 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인 항공기 개발을 목적으로 한다. 연료전지의 에너지 원은 주연료 수소를 자체적으로 생산하며 높은 에너지 밀도와 시간과 부하 변화에 강한 이점을 가지고 있다. 본 발명은 이러한 연료전지를 활용한 물을 동력원으로 하는 에너지 자립형 무인항공기에 관한 것이다. In order to reduce GHG emissions to respond to climate change and fulfill the obligation to adapt to climate change, measures to reduce the use of chemical fuels and use alternative eco-friendly energy are expanding nationally. A fuel cell is a battery that converts chemical energy from oxidizing fuel into electrical energy. The difference between a fuel cell and a general chemical cell is that it receives fuel from the outside and oxidizes it to produce electricity. However, not only the installation of a hydrogen refueling station to supply hydrogen, but also the establishment of infrastructure such as supply and storage must be accompanied. Accordingly, an object of the present invention is to develop an energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle capable of producing and using energy by eco-friendly production of hydrogen through water that can be easily obtained anywhere. The fuel cell's energy source produces hydrogen as the main fuel itself, and has a high energy density and strong advantages in time and load variations. The present invention relates to an energy-independent unmanned aerial vehicle using such a fuel cell as a power source.
제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템은 정수 처리부(110), 수전해 처리 및 가스 제어부(120) 및 에너지 생산 및 저장부(130)를 포함한다. The proposed energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system includes a water treatment unit 110, a water electrolysis treatment and gas control unit 120, and an energy production and storage unit 130.
정수 처리부(110)는 수전해 처리를 위한 용수를 공급 받아 정수 처리한다. The water treatment unit 110 receives water for water electrolysis treatment and treats it.
수전해 처리 및 가스 제어부(120)는 정수된 용수와 태양광 에너지를 이용한 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 수소가스를 공급한다.The water electrolysis treatment and gas control unit 120 generates hydrogen and oxygen through water electrolysis treatment using purified water and solar energy, and supplies hydrogen gas by adjusting the pressure of the generated hydrogen gas.
수전해 처리 및 가스 제어부(120)는 태양열 집열판(121), 수전해 처리부(122), 가스 제어부(123), 수소 정제부(124) 및 수소 저장부(125)를 포함한다. The water electrolysis treatment and gas control unit 120 includes a solar heat collecting plate 121, a water electrolysis treatment unit 122, a gas control unit 123, a hydrogen purification unit 124, and a
태양열 집열판(121)을 통해 수집한 태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고, 예비 전력으로 활용할 수도 있다. The solar energy collected through the solar heat collecting plate 121 is used to supply power required for initial electrolysis treatment, and may be used as reserve power.
수전해 처리부(122)는 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 청정 수소가스를 발생시킨다. The water electrolysis treatment unit 122 is supplied with purified water to generate clean hydrogen gas through hydrogen electrolysis using solar energy.
가스 제어부(123)는 수전해 처리를 통해 생산된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급한다. The gas control unit 123 regulates and supplies the pressure of hydrogen gas produced through water electrolysis.
수소 정제부(124)는 발생된 수소를 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환한다. The hydrogen purification unit 124 converts the generated hydrogen into high purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process.
수소 저장부(125)는 정제된 수소가스를 저장한다. The
에너지 생산 및 저장부(130)는 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 수전해 처리 및 가스 제어부로부터 수소를 공급 받아 생성된 전기에너지를 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 추진부에 동력으로 공급하거나 배터리에 저장한다. The energy production and storage unit 130 does not require a separate energy charge, and the electric energy generated by receiving hydrogen from the water electrolysis treatment and gas control unit is supplied to the propulsion unit of an energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone. Powered or stored in batteries.
에너지 생산 및 저장부(130)는 연료전지(131), 배터리 관리부(132), 추진부(133) 및 배터리(134)를 포함한다. The energy production and storage unit 130 includes a fuel cell 131, a battery management unit 132, a propulsion unit 133, and a battery 134.
연료전지(131)는 수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다. The fuel cell 131 generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen, which are produced through water electrolysis and converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process.
배터리 관리부(132)는 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 추진부(133)에 동력으로 공급하거나 전력 공급 없이도 구동이 가능하도록 여분의 전기를 배터리(134)에 저장하도록 제어한다. The battery management unit 132 does not require separate energy charging, and controls to store excess electricity in the battery 134 so that power is supplied to the propulsion unit 133 or can be driven without power supply.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 조감도를 나타내는 도면이다. 2 is a view showing a bird's-eye view of an energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone according to an embodiment of the present invention.
종래기술에 따른 드론은 동력원을 배터리로 사용하며 운행가능 시간이 1시간 이내여서 드론 시장의 성장을 저해하는 요인으로 꼽힌다. 종래 개발된 연료전지 기반 드론은 운행 가능시간을 늘리기 위해 큰 탱크를 사용해서 오히려 큰 무게로 인해 운행시간이 많이 향상되지 못했다.Drones according to the prior art use a power source as a battery and operate within an hour, which is considered a factor that hinders the growth of the drone market. The conventionally developed fuel cell-based drone uses a large tank to increase the operating time, so the operating time has not been improved much due to the large weight.
본 발명에서 제안하는 제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 특징은 물을 연료로 한 전기 생산 및 공급을 통한 무인항공기의 구동에 있다.A characteristic of the energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone proposed in the present invention is to drive the unmanned aerial vehicle through the production and supply of electricity using water as fuel.
제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론(200)은 정수 처리부에서 수전해 처리를 위한 용수를 공급 받아 정수 처리한다. The proposed energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-
수전해 처리 및 가스 제어부의 태양열 집열판(211)을 통해 수집한 태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고, 예비 전력으로 활용할 수도 있다. By using the solar energy collected through the water electrolysis treatment and the solar
수전해 처리부(212)는 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 청정 수소가스를 발생시킨다. 더욱 상세하게는, 수전해 처리부(212)는 물을 전기분해하여 고순도의 수소가스를 생산하는 역할을 하며, 이를 위해 필요한 전력은 태양광 에너지를 이용하여 수전해를 수행하고 생산된 수소가스는 흡착제를 이용한 정제 및 저장의 과정이 수행되게 된다.The water electrolysis treatment unit 212 is supplied with purified water to generate clean hydrogen gas through hydrogen electrolysis using solar energy. More specifically, the water electrolysis treatment unit 212 plays a role of producing high-purity hydrogen gas by electrolyzing water, and the power required for this is water electrolysis using solar energy, and the produced hydrogen gas is an adsorbent. The process of purification and storage using is performed.
가스 제어부(213)는 수전해 처리를 통해 생산된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급한다. The gas control unit 213 controls and supplies the pressure of hydrogen gas produced through water electrolysis.
수소 정제부(214)는 발생된 수소를 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환한다. The hydrogen purification unit 214 converts the generated hydrogen into high purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process.
수소 저장부(215)는 정제된 수소가스를 저장한다. The hydrogen storage unit 215 stores the purified hydrogen gas.
에너지 생산 및 저장부의 연료전지(221)는 수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다. 수전해 처리부에서 생산된 수소를 이용한 연료전지(PEMFC)방식의 전력생산이 수행된다.The fuel cell 221 of the energy production and storage unit generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen, which are produced through water electrolysis and converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process. Electric power generation in the fuel cell (PEMFC) method is performed using hydrogen produced in the water electrolysis treatment unit.
배터리 관리부(222)는 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 추진부(223)에 동력으로 공급하거나 전력 공급 없이도 구동이 가능하도록 여분의 전기를 배터리(224)에 저장하도록 제어한다. The battery management unit 222 does not require a separate energy charge, and controls to store excess electricity in the battery 224 so that power is supplied to the propulsion unit 223 or can be driven without power supply.
에너지 생산 및 저장부는 생산된 전력을 안전하게 저장하는 역할을 하며 BMS(Best management system)와 ESS(Energy storage system)로 구성되어 있다.The energy production and storage unit safely stores the generated power and is composed of a BMS (Best management system) and an ESS (Energy storage system).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템의 전력 공급 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a power supply method of an energy-independent hydro-electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system according to an embodiment of the present invention.
제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템의 전력 공급 방법은 수전해 처리를 위한 용수를 공급 받아 정수 처리부를 통해 정수 처리하는 단계(310), 정수 처리부를 통해 정수된 용수와 태양광 에너지를 이용한 수전해 처리를 수전해 처리 및 가스 제어부를 통해 수행하여 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 수소가스를 공급하는 단계(320) 및 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않는 에너지 생산 및 저장부를 통해 수전해 처리 및 가스 제어부로부터 수소를 공급 받아 생성된 전기에너지를 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 추진부에 동력으로 공급하거나 배터리에 저장하는 단계(330)를 포함한다. The proposed energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system power supply method is the step of receiving water for water electrolysis treatment and treating it through a water treatment unit (310), and water and sunlight purified through the water treatment unit. Water electrolysis treatment using energy is performed through a water electrolysis treatment and a gas control unit to generate hydrogen and oxygen, and a
단계(310)에서, 수전해 처리를 위한 용수를 공급 받아 정수 처리부를 통해 정수 처리한다. In
단계(320)에서, 정수 처리부를 통해 정수된 용수와 태양광 에너지를 이용한 수전해 처리를 수전해 처리 및 가스 제어부를 통해 수행하여 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 수소가스를 공급한다. In
수전해 처리 및 가스 제어부의 태양열 집열판을 통해 수집한 태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고, 예비 전력으로 활용할 수도 있다. By using the solar energy collected through the water electrolysis treatment and the solar heat collecting plate of the gas control unit, the power required for the initial water electrolysis treatment can be supplied and used as spare power.
수전해 처리 및 가스 제어부의 수전해 처리부는 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 청정 수소가스를 발생시킨다. The water electrolysis treatment and the water electrolysis treatment unit of the gas control unit are supplied with purified water to generate clean hydrogen gas through hydrogen electrolysis using solar energy.
수전해 처리 및 가스 제어부의 가스 제어부는 수전해 처리를 통해 생산된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급한다. The gas control unit of the water electrolysis treatment and gas control unit regulates and supplies the pressure of the hydrogen gas produced through the water electrolysis treatment.
수전해 처리 및 가스 제어부의 수소 정제부는 발생된 수소를 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환한다. The hydrogen purification unit of the water electrolysis treatment and gas control unit converts the generated hydrogen into high purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process.
수전해 처리 및 가스 제어부의 수소 저장부는 정제된 수소가스를 저장한다. The hydrogen storage unit of the water electrolysis treatment and gas control unit stores the purified hydrogen gas.
단계(330)에서, 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않는 에너지 생산 및 저장부를 통해 수전해 처리 및 가스 제어부로부터 수소를 공급 받아 생성된 전기에너지를 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 추진부에 동력으로 공급하거나 배터리에 저장한다. In
에너지 생산 및 저장부의 연료전지는 수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다. The fuel cell of the energy production and storage department is produced through water electrolysis and generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process.
에너지 생산 및 저장부의 배터리 관리부는 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 추진부에 동력으로 공급하거나 전력 공급 없이도 구동이 가능하도록 여분의 전기를 배터리에 저장하도록 제어한다. The battery management unit of the energy production and storage unit does not require separate energy charging, and controls to store excess electricity in the battery so that power is supplied to the propulsion unit or can be driven without power supply.
본 발명의 실시예들에 따르면 화학연료의 사용을 감소시키고 대체 친환경 에너지를 활용하며, 어디서나 쉽게 구할 수 있는 물을 통해 친환경적으로 수소를 생산하여 에너지 생산 및 사용이 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론을 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the use of chemical fuel is reduced, alternative eco-friendly energy is utilized, and energy is produced and used in an environment-friendly way through water that can be easily obtained from anywhere. Water drones can be provided.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications executed on the operating system. Further, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For the convenience of understanding, although it is sometimes described that one processing device is used, one of ordinary skill in the art, the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as a parallel processor.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, configuring the processing unit to operate as desired or processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or, to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. Can be embodyed. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description to those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as systems, structures, devices, circuits, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and those equivalent to the claims also fall within the scope of the claims to be described later.
Claims (7)
수전해 처리를 위한 용수를 공급 받아 정수 처리하는 정수 처리부;
정수된 용수와 태양광 에너지를 이용한 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 수소가스를 공급하는 수전해 처리 및 가스 제어부; 및
별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 수전해 처리 및 가스 제어부로부터 수소를 공급 받아 생성된 전기에너지를 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 추진부에 동력으로 공급하거나 배터리에 저장하는 에너지 생산 및 저장부
를 포함하고,
수전해 처리 및 가스 제어부는,
태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용하기 위한 태양열 집열판;
정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 청정 수소가스를 발생시키는 수전해 처리부;
수전해 처리를 통해 생산된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급하는 가스 제어부;
발생된 수소를 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환하는 수소 정제부; 및
정제된 수소가스를 저장하는 수소 저장부
를 포함하고,
수전해 처리부에서 물을 전기분해하여 고순도의 수소가스를 생산하기 위해 필요한 전력은 태양광 에너지를 이용하여 수전해를 수행하고 생산된 수소가스는 수소 정제부에서 흡착제를 이용하여 정제하며,
에너지 생산 및 저장부는,
별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 전력 공급 없이도 구동이 가능하도록 여분의 전기를 배터리에 저장하도록 제어하는 배터리 관리부(Best Management System; BMS) 및 ESS(Energy storage system)를 포함하는
에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템. In the energy-independent hydrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system,
A water treatment unit for receiving water for water electrolysis treatment and treating it with water;
A water electrolysis treatment and a gas control unit for generating hydrogen and oxygen through water electrolysis treatment using purified water and solar energy, and supplying hydrogen gas by controlling a pressure of the generated hydrogen gas; And
Energy that does not require a separate energy charge and supplies the electric energy generated by receiving hydrogen from the water electrolysis treatment and gas control unit as power to the propulsion unit of an energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone or stored in a battery. Production and storage
Including,
Water electrolysis treatment and gas control unit,
Solar heat collecting plate for supplying power required for initial water electrolysis treatment using solar energy and utilizing it as reserve power;
A water electrolysis treatment unit that is supplied with purified water to generate clean hydrogen gas through hydrogen electrolysis using solar energy;
A gas control unit for controlling and supplying a pressure of hydrogen gas produced through water electrolysis treatment;
A hydrogen purification unit for converting the generated hydrogen into clean hydrogen gas of high purity through a hydrogen purification process; And
Hydrogen storage unit for storing purified hydrogen gas
Including,
The power required to produce high-purity hydrogen gas by electrolyzing water in the water electrolysis treatment unit performs water electrolysis using solar energy, and the produced hydrogen gas is purified using an adsorbent in the hydrogen purification unit.
The energy production and storage department,
It does not require separate energy charging and includes a battery management system (BMS) and ESS (Energy storage system) that controls to store extra electricity in the battery so that it can be driven without power supply.
Energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system.
에너지 생산 및 저장부는,
수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산하는 연료전지를 포함하는
에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템. The method of claim 1,
The energy production and storage department,
It includes a fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen that are produced through water electrolysis and converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process.
Energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system.
수전해 처리를 위한 용수를 공급 받아 정수 처리부를 통해 정수 처리하는 단계;
정수 처리부를 통해 정수된 용수와 태양광 에너지를 이용한 수전해 처리를 수전해 처리 및 가스 제어부를 통해 수행하여 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 수소가스를 공급하는 단계; 및
별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않는 에너지 생산 및 저장부를 통해 수전해 처리 및 가스 제어부로부터 수소를 공급 받아 생성된 전기에너지를 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 추진부에 동력으로 공급하거나 배터리에 저장하는 단계
를 포함하고,
정수 처리부를 통해 정수된 용수와 태양광 에너지를 이용한 수전해 처리를 수전해 처리 및 가스 제어부를 통해 수행하여 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 수소가스를 공급하는 단계는,
태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용하기 위한 태양열 집열판;
정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 청정 수소가스를 발생시키는 수전해 처리부;
수전해 처리를 통해 생산된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급하는 가스 제어부;
발생된 수소를 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환하는 수소 정제부; 및
정제된 수소가스를 저장하는 수소 저장부
를 포함하고,
수전해 처리부에서 물을 전기분해하여 고순도의 수소가스를 생산하기 위해 필요한 전력은 태양광 에너지를 이용하여 수전해를 수행하고 생산된 수소가스는 수소 정제부에서 흡착제를 이용하여 정제하며,
별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않는 에너지 생산 및 저장부를 통해 수전해 처리 및 가스 제어부로부터 수소를 공급 받아 생성된 전기에너지를 에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론의 추진부에 동력으로 공급하거나 배터리에 저장하는 단계는,
수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산하고;
배터리 관리부(Best Management System; BMS) 및 ESS(Energy storage system)를 포함하는 에너지 생산 및 저장부를 통해 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 전력 공급 없이도 구동이 가능하도록 여분의 전기를 배터리에 저장하도록 제어하는
에너지 자립형 수전해 연료전지 무인항공기-워터 드론 시스템의 전력 공급 방법.In the power supply method of an energy-independent hydroelectric fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone,
Receiving water for water electrolysis treatment and performing water treatment through a water treatment unit;
Performing a water electrolysis treatment using water purified through a water treatment unit and solar energy through a water electrolysis treatment and a gas control unit to generate hydrogen and oxygen, and supplying hydrogen gas by controlling a pressure of the generated hydrogen gas; And
Electric energy generated by receiving hydrogen from the water electrolysis treatment and gas control unit through the energy production and storage unit that does not require a separate energy charge is supplied as power to the propulsion unit of the energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone, or Steps to save to battery
Including,
The steps of generating hydrogen and oxygen by performing water electrolysis treatment using water purified through the water treatment unit and solar energy through a water electrolysis treatment and a gas control unit, and supplying hydrogen gas by controlling the pressure of the generated hydrogen gas ,
Solar heat collecting plate for supplying power required for initial water electrolysis treatment using solar energy and utilizing it as reserve power;
A water electrolysis treatment unit that is supplied with purified water to generate clean hydrogen gas through hydrogen electrolysis using solar energy;
A gas control unit for controlling and supplying a pressure of hydrogen gas produced through water electrolysis treatment;
A hydrogen purification unit for converting the generated hydrogen into clean hydrogen gas of high purity through a hydrogen purification process; And
Hydrogen storage unit for storing purified hydrogen gas
Including,
The power required to produce high-purity hydrogen gas by electrolyzing water in the water electrolysis treatment unit performs water electrolysis using solar energy, and the produced hydrogen gas is purified using an adsorbent in the hydrogen purification unit.
Electric energy generated by receiving hydrogen from the water electrolysis treatment and gas control unit through the energy production and storage unit that does not require a separate energy charge is supplied as power to the propulsion unit of the energy-independent water electrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone, or The steps to store in the battery are:
Generating electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen, which are produced through water electrolysis and converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process;
It does not require separate energy charging through the energy production and storage unit including the best management system (BMS) and ESS (Energy storage system), and stores extra electricity in the battery so that it can be driven without power supply. Controlling
Energy-independent hydrolysis fuel cell unmanned aerial vehicle-water drone system power supply method.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190135232A KR102245475B1 (en) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | Energy Self-Contained Unmanned Aerial Vehicle using Electrolysis and Hydrogen Fuel Cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190135232A KR102245475B1 (en) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | Energy Self-Contained Unmanned Aerial Vehicle using Electrolysis and Hydrogen Fuel Cell |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102245475B1 true KR102245475B1 (en) | 2021-04-30 |
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ID=75740410
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020190135232A KR102245475B1 (en) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | Energy Self-Contained Unmanned Aerial Vehicle using Electrolysis and Hydrogen Fuel Cell |
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|---|---|
| KR (1) | KR102245475B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113991141A (en) * | 2021-09-29 | 2022-01-28 | 上海交通大学 | Integrated reversible fuel cell energy system |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR102005805B1 (en) * | 2018-06-05 | 2019-10-01 | (주)케이워터크레프트 | Self contained oceanic drone and method for oceanographic survey and surveillance |
-
2019
- 2019-10-29 KR KR1020190135232A patent/KR102245475B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102005805B1 (en) * | 2018-06-05 | 2019-10-01 | (주)케이워터크레프트 | Self contained oceanic drone and method for oceanographic survey and surveillance |
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| CN113991141B (en) * | 2021-09-29 | 2023-08-22 | 上海交通大学 | Integrated reversible fuel cell energy system |
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