KR102545179B1

KR102545179B1 - Solar-hydrogen-based portable power generation device and power generation method using thereof

Info

Publication number: KR102545179B1
Application number: KR1020200166380A
Authority: KR
Inventors: 신대섭
Original assignee: 신대섭
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2023-06-19
Also published as: KR20220077961A

Abstract

제안기술은 태양광-수소 기반의 포터블 전력 발생 장치 및 이를 이용한 전력 발생 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광을 통해 얻은 전력으로 물을 수전해하여 친환경적으로 수소를 생산하며, 텀블러 형태로 형성되어 휴대가 편리한 전력발생 장치 및 이를 이용한 전력 발생 방법에 관한 발명이다.The proposed technology relates to a solar-hydrogen-based portable power generation device and a power generation method using the same. More specifically, it produces hydrogen in an eco-friendly way by electrolyzing water with power obtained through sunlight, and forms it in the form of a tumbler. The present invention relates to a portable power generation device and a power generation method using the same.

Description

Solar-hydrogen-based portable power generation device and power generation method using the same

일반적으로 지구 온난화와 화석 연료의 고갈에 따른 대체 에너지의 연구 개발에 대한 요구가 지속적으로 높아지고 있는 가운데 실용 가능성 있는 환경 및 에너지 문제 해결의 유일한 대안으로 수소 에너지가 주목받고 있다. 1870년 "Jules Vernes"가 물이 미래에 연료로써 사용될 것이라 주창한 이래 물은 수소와 산소로 반복하여 이용 가능한 재생 가능성을 갖는 이상적인 수소 원료로 생각되어 왔다.In general, as the demand for research and development of alternative energy due to global warming and depletion of fossil fuels continues to increase, hydrogen energy is attracting attention as the only viable alternative to solving environmental and energy problems. Since "Jules Vernes" advocated that water will be used as a fuel in the future in 1870, water has been considered as an ideal source of hydrogen with the possibility of being repeatedly used as hydrogen and oxygen.

수소를 연료로 사용할 경우에 연소 시 극소량의 NOx를 제외하고는 공해물질이 생성되지 않기 때문에 현재 화석 에너지가 갖고 있는 환경 오염 문제를 해결할 수 있다. 뿐만 아니라, 무한정의 물을 원료로 하여 제조할 수 있으므로, 향후 화석에너지 고갈에 대한 궁극적인 대안으로 각광받고 있다. 이와 같이, 수소 에너지 기술은 이미 그 중요성이 국제사회에 너무나 잘 알려져 왔다.When hydrogen is used as a fuel, pollutants are not produced except for a very small amount of NOx during combustion, so it can solve the environmental pollution problem of fossil energy. In addition, since it can be manufactured using unlimited water as a raw material, it is in the limelight as an ultimate alternative to the depletion of fossil energy in the future. As such, the importance of hydrogen energy technology has already been well known to the international community.

현재 가장 많이 이용되는 수소의 제조기술은 화석연료를 개질(reforming)하는 것이다. 하지만 개질 반응 과정에서 이산화탄소나 온실가스의 배출이 수반되기 때문에 사회적·환경적 문제를 일으키기도 하며, 화석연료를 사용한다는 점에서 자원고갈의 문제를 해결할 수 없다. Currently, the most used hydrogen manufacturing technology is reforming fossil fuels. However, since carbon dioxide or greenhouse gases are emitted during the reforming reaction process, it causes social and environmental problems, and the problem of resource depletion cannot be solved in that fossil fuels are used.

현재 상용화되어있는 태양력과 풍력 같은 신재생 에너지들은 태양이 비추거나 바람이 불 경우에만 생산이 가능한 비연속적인 에너지원이므로, 이를 연속적인 형태로 이용하기 위해서는 다른 수단으로 에너지를 생산/저장할 수 있어야 한다. Renewable energies such as solar power and wind power, which are currently commercialized, are non-continuous energy sources that can only be produced when the sun shines or wind blows. .

따라서, 태양력과 풍력 같은 신재생 에너지들을 다른 수단으로 저장함으로써 연속적인 형태로 이용하기 위한 효과적인 방법의 필요성이 요구되고 있으며, 다양한 형태로 생성된 신재생 에너지와 상기 신재생 에너지로부터 저장된 에너지를 통합하여 분배하기 위한 장치나 방법 또한 요구되고 있다. Therefore, there is a need for an effective method for using renewable energy such as solar power and wind power in a continuous form by storing it in other means, and by integrating renewable energy generated in various forms and energy stored from the renewable energy A device or method for dispensing is also required.

한국등록특허 제10-1995163호Korean Patent Registration No. 10-1995163

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 태양광을 통해 얻은 전력으로 물을 수전해하여 친환경적으로 수소를 생산하는데 목적이 있다.The present invention was invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to produce hydrogen in an environmentally friendly way by electrolyzing water with power obtained through sunlight.

또한, 텀블러 형태로 형성하여 휴대가 편리한 전력 발생 장치를 제공하는데 목적이 있다. In addition, an object of the present invention is to provide a power generating device that is formed in a tumbler shape and is convenient to carry.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광-수소 기반의 포터블 전력 발생 장치에 있어서,In the solar-hydrogen-based portable power generator of the present invention for achieving the above object,

컵 또는 텀블러 형상으로 내부에 공간이 형성되는 케이스; A case having a space formed therein in a cup or tumbler shape;

복수의 태양전지로 구성된 PV(Photovoltaic) 모듈;A photovoltaic (PV) module composed of a plurality of solar cells;

케이스의 내부에 구비되며, PV 모듈로부터 전력을 공급받아 수전해 반응을 통해 수소를 생성하는 수전해 유닛;a water electrolysis unit provided inside the case and receiving power from the PV module to generate hydrogen through a water electrolysis reaction;

케이스의 내부에 구비되며, 수전해 유닛으로부터 공급된 수소를 압축 처리하는 수소 압축기;a hydrogen compressor provided inside the case and compressing hydrogen supplied from the water electrolysis unit;

케이스의 내부에 구비되며, 수소 압축기에서 압축 처리된 수소를 저장하는 수소 탱크; 및a hydrogen tank provided inside the case and storing hydrogen compressed by a hydrogen compressor; and

케이스의 내부에 구비되며, 수소 탱크에 저장된 수소를 이용하여 소정의 전력을 발생시키는 연료 전지;a fuel cell provided inside the case and generating predetermined power using hydrogen stored in the hydrogen tank;

케이스의 내부에 구비되며, 수전해 유닛으로 공급하기 위한 일정량의 물이 저장되는 물탱크;를 포함하며,A water tank provided inside the case and storing a certain amount of water to be supplied to the water electrolysis unit;

물탱크는 케이스와 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.The water tank is characterized in that it is detachably coupled to the case.

케이스에서 일정 높이 부분의 내경면에는,On the inner diameter surface at a certain height in the case,

일측이 개방된 링 형상의 돌출부; 및A ring-shaped protrusion with one side open; and

돌출부의 개방된 일측 하면에 형성되어 돌출부의 하면과 ‘ㄷ’형상의 단면을 이루는 고정부;가 형성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that a fixing part formed on the lower surface of one open side of the protrusion and forming a 'c'-shaped cross section with the lower surface of the protrusion.

물탱크에서 일정 높이 부분의 외경면 일측에는 결합돌출부가 형성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that a coupling protrusion is formed on one side of the outer diameter surface of a portion of a predetermined height in the water tank.

케이스와 물탱크의 결합 시,When combining the case and water tank,

결합돌출부는 고정부의 내측에 삽입되는 것을 특징으로 한다.The engaging protrusion is characterized in that it is inserted into the fixing part.

케이스와 물탱크의 결합 시,When combining the case and water tank,

탱크의 외경면에 형성된 나사산은 케이스의 내경면에 형성된 나사산과 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.The screw thread formed on the outer diameter surface of the tank is screwed with the screw thread formed on the inner diameter surface of the case.

케이스와 물탱크의 결합 상태는 케이스의 외측에 형성된 상태표시부에 의해 확인되는 것을 특징으로 한다.The coupling state of the case and the water tank is characterized in that it is confirmed by a state display unit formed on the outside of the case.

상태표시부는 엘이디(LED)인 것을 특징으로 한다.The status display unit is characterized in that the LED (LED).

상태표시부는 알람부재인 것을 특징으로 한다.The status display unit is characterized in that it is an alarm member.

케이스의 상단은 캡(cap)부에 의해 개방 또는 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.The upper end of the case is characterized in that it is opened or closed by a cap part.

PV(Photovoltaic) 모듈은 플렉시블(flexible)하게 형성되는 것을 특징으로 한다.A photovoltaic (PV) module is characterized in that it is formed to be flexible.

PV(Photovoltaic) 모듈은 캡부의 외측면에 설치되는 것을 특징으로 한다.The PV (Photovoltaic) module is characterized in that it is installed on the outer surface of the cap part.

PV(Photovoltaic) 모듈은 케이스의 외경면에 설치되는 것을 특징으로 한다.The PV (Photovoltaic) module is characterized in that it is installed on the outer diameter surface of the case.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광-수소 기반의 포터블 전력 발생 장치를 이용한 전력 발생 방법에 있어서,In the power generation method using the solar-hydrogen-based portable power generator of the present invention for achieving the above object,

복수의 태양전지로 구성된 PV 모듈이 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전력을 발생시키는 단계;generating electric power by condensing sunlight incident from the outside by a PV module composed of a plurality of solar cells;

PV 모듈에서 발생된 전력이 수전해 유닛으로 공급되는 단계;Supplying power generated in the PV module to a water electrolysis unit;

수전해 유닛에서 수전해 반응을 통한 수소가 생성되는 단계;generating hydrogen through a water electrolysis reaction in a water electrolysis unit;

수전해 유닛에서 생성된 수소가 수소 압축기로 공급되는 단계;supplying hydrogen generated in the water electrolysis unit to a hydrogen compressor;

수소 압축기에서 수전해 유닛으로부터 공급된 수소를 압축 처리하는 단계;compressing hydrogen supplied from the water electrolysis unit in a hydrogen compressor;

수소 압축기에서 압축된 수소가 수소 탱크에 공급되어 저장되는 단계;supplying and storing hydrogen compressed by the hydrogen compressor in a hydrogen tank;

수소 탱크 내부의 수소가 연료 전지로 공급되는 단계;supplying hydrogen in the hydrogen tank to the fuel cell;

연료 전지에서 수소를 이용하여 소정의 전력을 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by including; generating a predetermined electric power by using hydrogen in a fuel cell.

본 발명에 따르면, 수소 발생 과정 중 온실 가스나 이산화탄소를 배출하는 기존의 수소 생산 방식의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that can solve the problems of the existing hydrogen production method that emits greenhouse gases or carbon dioxide during the hydrogen generation process.

또한, 별도의 1차 에너지원의 공급이 필요하지 않으며, 텀블러 형상의 포터블한 형태로 형성되어 물과 햇빛만 있으면 언제 어디서든 전기 생산이 가능하기 때문에 휴대가 용이한 효과가 있다.In addition, it does not require the supply of a separate primary energy source, and since it is formed in a portable form of a tumbler shape, electricity can be generated anytime and anywhere with only water and sunlight, so there is an effect of easy portability.

도 1은 본 발명에 따른 전력 발생 장치의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 전력 발생 장치의 케이스와 물탱크의 결합 실시예.
도 3은 본 발명에 따른 전력 발생 장치를 이용한 전력 발생 방법의 순서도.1 is a conceptual diagram of a power generating device according to the present invention;
2 is an embodiment of a combination of a case and a water tank of a power generating device according to the present invention.
3 is a flow chart of a power generation method using a power generation device according to the present invention.

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 있는바, 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.The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention belongs can easily practice the technical idea of the present invention. You will be able to. Since the present invention can have various changes and various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosure, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. Terms used in this application are only for describing specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 태양광-수소 기반의 포터블 전력 발생 장치 및 이를 이용한 전력 발생 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광을 통해 얻은 전력으로 물을 수전해하여 친환경적으로 수소를 생산하며, 텀블러 형태로 형성되어 휴대가 편리한 전력발생 장치 및 이를 이용한 전력 발생 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a solar-hydrogen-based portable power generation device and a method for generating power using the same, and more particularly, to electrolyze water with power obtained through sunlight to produce hydrogen in an eco-friendly manner, and form a tumbler. The present invention relates to a portable power generation device and a power generation method using the same.

도 1에는 본 발명에 따른 전력 발생 장치의 개념도가 도시되어 있다.1 is a conceptual diagram of a power generating device according to the present invention.

본 발명의 전력 발생 장치는 태양광을 통해 얻은 전력으로 물을 수전해하여 수소를 생산하는 것으로, 컵 또는 텀블러 형상으로 내부에 공간이 형성되는 케이스(2)와, 복수의 태양전지로 구성된 PV(Photovoltaic) 모듈(4)과, 상기 케이스(2)의 내부에 구비되며, 상기 PV 모듈(4)로부터 전력을 공급받아 수전해 반응을 통해 수소를 생성하는 수전해 유닛(6)과, 상기 케이스(2)의 내부에 구비되며, 상기 수전해 유닛(6)으로부터 공급된 수소를 압축 처리하는 수소 압축기(8)와, 상기 케이스(2)의 내부에 구비되며, 상기 수소 압축기(8)에서 압축 처리된 상기 수소를 저장하는 수소 탱크(10)와, 상기 케이스(2)의 내부에 구비되며, 상기 수소 탱크(10)에 저장된 상기 수소를 이용하여 소정의 전력을 발생시키는 연료 전지(12)와, 상기 케이스(2)의 내부에 구비되며, 상기 수전해 유닛(6)으로 공급하기 위한 일정량의 물이 저장되는 물탱크(18)를 포함하여 구성된다.The power generating device of the present invention produces hydrogen by electrolyzing water with power obtained through sunlight, and a case 2 having a space formed therein in a cup or tumbler shape, and a PV composed of a plurality of solar cells ( A photovoltaic) module 4, a water electrolysis unit 6 provided inside the case 2, receiving power from the PV module 4 and generating hydrogen through a water electrolysis reaction, and the case ( 2) provided inside the hydrogen compressor 8 for compressing and processing the hydrogen supplied from the water electrolysis unit 6, provided inside the case 2, and compressing the hydrogen supplied from the hydrogen compressor 8 a hydrogen tank 10 for storing the hydrogen, and a fuel cell 12 provided inside the case 2 and generating predetermined power using the hydrogen stored in the hydrogen tank 10; It is provided inside the case 2 and includes a water tank 18 storing a certain amount of water to be supplied to the water electrolysis unit 6 .

상기 물탱크(18)는 상기 케이스(2)와 탈착 가능하게 결합된다.The water tank 18 is detachably coupled to the case 2 .

도 2에는 본 발명에 따른 전력 발생 장치의 케이스와 물탱크의 결합 실시예가 도시되어 있다.2 shows an embodiment in which a case of a power generating device according to the present invention and a water tank are combined.

상기 물탱크(18)와 상기 케이스의(2) 결합을 위해 상기 케이스(2)에는 돌출부(28) 및 고정부(30)가 형성된다.A protrusion 28 and a fixing part 30 are formed on the case 2 to combine the water tank 18 and the case 2 .

상기 돌출부(28)는 상기 케이스에(2)서 일정 높이 부분의 내경면에 형성되는 것으로, 일측이 개방된 링 형상으로 형성된다.The protruding portion 28 is formed on the inner diameter surface of a predetermined height portion of the case 2, and is formed in a ring shape with one side open.

상기 고정부(30)는 상기 돌출부(28)의 개방된 일측 하면에 형성되는 것으로, 상기 돌출부(28)의 하면과 ‘ㄷ’ 형상의 단면을 이루도록 형성된다.The fixing part 30 is formed on one open lower surface of the protruding part 28, and is formed to form a 'c'-shaped cross section with the lower surface of the protruding part 28.

상기 물탱크(18)에는 결합돌출부(32)가 형성된다. 상기 결합돌출부(32)는 상기 물탱크(18)의 외경면 일측에 형성되는 것으로, 상기 물탱크(18)의 일정 높이 부분에 형성된다.A coupling protrusion 32 is formed on the water tank 18 . The coupling protrusion 32 is formed on one side of the outer diameter surface of the water tank 18 and is formed at a certain height of the water tank 18 .

상기 케이스(2)와 상기 물탱크(18)의 결합은 상기 케이스(2)의 내부에 상기 물탱크(18)가 삽입되면, 상기 결합돌출부(32)가 상기 돌출부(28)의 개방된 일측에 대응되도록 상기 케이스(2)의 높이 방향 중심축을 회전축으로 하여 상기 물탱크(18)를 회전시키게 된다.The coupling between the case 2 and the water tank 18 is performed when the water tank 18 is inserted into the case 2, the coupling protrusion 32 is formed on one open side of the protrusion 28. Correspondingly, the water tank 18 is rotated using the central axis in the height direction of the case 2 as a rotation axis.

상기 결합돌출부(32)가 상기 돌출부(28)의 개방된 일측에 위치하게 되면, 상기 물탱크(18)를 하방으로 일정 높이 이동시킨 후 상기 케이스(2)의 높이 방향 중심축을 회전축으로 하여 일정 각도 다시 회전시키게 된다.When the coupling protrusion 32 is located on one open side of the protrusion 28, the water tank 18 is moved downward to a certain height, and then rotates at a certain angle with the central axis in the height direction of the case 2 as a rotation axis. will rotate again.

이로 인해 상기 결합돌출부(32)는 상기 고정부(30)의 내측에 삽입되어 더 이상 회전하지 않으며, 위치가 고정된다. Due to this, the coupling protrusion 32 is inserted into the inside of the fixing part 30 and no longer rotates, and the position is fixed.

상기 케이스(2)의 상단은 캡(cap)부(34)에 의해 개방 또는 폐쇄되는 것으로, 상기 케이스(2)의 내부에 삽입된 상기 물탱크(18)는 상기 캡부(34)에 의해 높이 방향 움직임이 고정된다.The upper end of the case 2 is opened or closed by a cap part 34, and the water tank 18 inserted into the inside of the case 2 is moved in the height direction by the cap part 34. movement is fixed.

상기 케이스(2)와 상기 물탱크(18)의 다른 결합 실시예로는 상기 케이스(2)와 상기 물탱크(18)의 결합 시, 상기 물탱크(18)의 외경면에 형성된 나사산과 상기 케이스(2)의 내경면에 형성된 나사산이 서로 나사 결합하여 상기 케이스(2)와 상기 물탱크(18)를 결합시키게 된다.In another embodiment of coupling the case 2 and the water tank 18, when the case 2 and the water tank 18 are coupled, the screw thread formed on the outer diameter surface of the water tank 18 and the case Threads formed on the inner diameter surface of (2) are screwed together to couple the case (2) and the water tank (18).

이때, 상기 물탱크(18)의 외경면에 형성된 나사산은 상기 물탱크(18)의 하면 중앙부로부터 일정 길이 돌출된 원형 단면의 원판돌출부의 외경면에 형성될 수 있다.At this time, the screw thread formed on the outer diameter surface of the water tank 18 may be formed on the outer diameter surface of the circular plate protruding portion having a predetermined length protruding from the central portion of the lower surface of the water tank 18 .

또한, 상기 케이스(2)의 내경면에 형성된 나사산은 상기 케이스(2)의 내측 바닥면 중앙부에 일정 깊이 형성된 원형 단면의 삽입홈의 내경면에 형성될 수 있다.In addition, the screw thread formed on the inner diameter surface of the case 2 may be formed on the inner diameter surface of the insertion groove having a circular cross section formed at a certain depth in the center of the inner bottom surface of the case 2 .

상기 원판돌출부는 상기 삽입홈에 삽입되고, 이때 상기 원판돌출부의 외경면에 형성된 나사산과 상기 삽입홈의 내경면에 형성된 나사산이 나사 결합하면서 상기 케이스(2)와 상기 물탱크(18)가 결합된다.The disc protrusion is inserted into the insertion groove, and at this time, the screw thread formed on the outer diameter surface of the disc protrusion part and the screw thread formed on the inner diameter surface of the insertion groove are screwed together so that the case 2 and the water tank 18 are coupled. .

상기 케이스(2)와 상기 물탱크(18)의 결합 상태는 상기 케이스(2)의 외측에 형성된 상태표시부에 의해 확인될 수 있다.The coupling state of the case 2 and the water tank 18 can be confirmed by a state display unit formed on the outside of the case 2 .

상기 상태표시부는 발광 부재인 엘이디(LED) 또는 소리가 울리는 알람부재일 수 있다.The status display unit may be a light-emitting member LED (LED) or an alarm member that sounds.

상기 케이스(2)와 상기 물탱크(18)의 결합이 완전한 상태인 경우, 상기 상태표시부는 발광 또는 소리로 결합 상태임을 알리게 된다.When the connection between the case 2 and the water tank 18 is complete, the state display unit informs that the connection state is made by light emission or sound.

상기 PV 모듈(4)은 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하게 되는 것으로, 플렉시블(flexible)하게 형성되어 상기 캡부(34)의 외측면 및 상기 케이스(2)의 외경면 중 어느 하나 이상에 설치된다.The PV module 4 collects sunlight incident from the outside, is formed to be flexible, and is installed on at least one of the outer surface of the cap part 34 and the outer diameter surface of the case 2. .

상기 케이스(2)의 내부에는 상기 PV 모듈(4)을 포함한 상기 케이스(2)의 내부 구성을 전체적으로 제어하는 제어부(14)가 구비된다.Inside the case 2 is provided a controller 14 that controls the entire internal structure of the case 2 including the PV module 4 .

하기에서는 상기에서 설명한 전력 발생 장치를 이용한 전력 발생 방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a power generation method using the power generation device described above will be described.

도 3에는 본 발명에 따른 전력 발생 장치를 이용한 전력 발생 방법의 순서도가 도시되어 있다.3 is a flow chart of a power generation method using the power generation device according to the present invention.

본 발명의 전력 발생 장치를 이용한 전력 발생 방법은, The power generation method using the power generation device of the present invention,

복수의 태양전지로 구성된 PV 모듈(4)이 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전력을 발생시키는 단계(S100);generating electric power by condensing sunlight incident from the outside by the PV module 4 composed of a plurality of solar cells (S100);

상기 PV 모듈(4)에서 발생된 전력이 수전해 유닛(6)으로 공급되는 단계(S200);Supplying the power generated in the PV module 4 to the water electrolysis unit 6 (S200);

상기 수전해 유닛(6)에서 수전해 반응을 통한 수소가 생성되는 단계(S300);generating hydrogen through a water electrolysis reaction in the water electrolysis unit 6 (S300);

상기 수전해 유닛(6)에서 생성된 수소가 수소 압축기(8)로 공급되는 단계(S400);supplying the hydrogen generated in the water electrolysis unit 6 to the hydrogen compressor 8 (S400);

상기 수소 압축기(8)에서 상기 수전해 유닛(6)으로부터 공급된 수소를 압축 처리하는 단계(S500);compressing the hydrogen supplied from the water electrolysis unit 6 in the hydrogen compressor 8 (S500);

상기 수소 압축기(8)에서 압축된 상기 수소가 수소 탱크(10)에 공급되어 저장되는 단계(S600);supplying and storing the hydrogen compressed in the hydrogen compressor 8 to the hydrogen tank 10 (S600);

상기 수소 탱크(10) 내부의 상기 수소가 연료 전지(12)로 공급되는 단계(S700);supplying the hydrogen inside the hydrogen tank 10 to the fuel cell 12 (S700);

상기 연료 전지(12)에서 상기 수소를 이용하여 소정의 전력을 발생시키는 단계(S800);를 포함하여 진행된다.A step (S800) of generating predetermined power by using the hydrogen in the fuel cell 12;

먼저, 상기 PV 모듈(4)에서 외부의 태양광을 집광하여 전력을 발생(S100)시키게 된다.First, the PV module 4 collects external sunlight to generate power (S100).

상기 PV 모듈(4)에서 발생된 전력은 DC/DC 컨버터(16)에 의해 변환된 후, 상기 수전해 유닛(6)으로 공급(S200)된다.The power generated in the PV module 4 is converted by the DC/DC converter 16 and then supplied to the water electrolysis unit 6 (S200).

상기 수전해 유닛(6)에서는 물을 전기분해하는 수전해 반응을 통해 수소를 생성(S300)하게 된다.In the water electrolysis unit 6, hydrogen is generated through a water electrolysis reaction of electrolyzing water (S300).

상기 케이스(2)의 내부에는 일정량의 물이 저장된 상기 물탱크(18)가 구비되며, 상기 물탱크(18) 내부의 물은 상기 수전해 유닛(6)의 수전해 반응 진행 시 공급된다.The water tank 18 storing a certain amount of water is provided inside the case 2, and the water inside the water tank 18 is supplied when the water electrolysis reaction of the water electrolysis unit 6 proceeds.

상기 수전해 유닛(6)은 적어도 2개 이상의 수전해 장치를 포함하며, 복수 개의 상기 수전해 장치들은 서로 병렬 연결된다.The water electrolysis unit 6 includes at least two or more water electrolysis devices, and a plurality of the water electrolysis devices are connected in parallel with each other.

상기 수전해 유닛(6)에서 수전해 반응 시 수소와 산소가 생성되는데, 상기 산소는 상기 케이스(2)의 일측에 형성된 공기 배출부(20)를 통해 상기 케이스(2)의 외부로 배출되고, 상기 수소는 상기 수소 압축기(8)로 공급(S400)된다.Hydrogen and oxygen are generated during the water electrolysis reaction in the water electrolysis unit 6, and the oxygen is discharged to the outside of the case 2 through an air outlet 20 formed on one side of the case 2, The hydrogen is supplied to the hydrogen compressor 8 (S400).

상기 수소 압축기(8)에서 압축(S500)된 상기 수소는 상기 수소 탱크(10)로 공급(S600)되어 저장된다.The hydrogen compressed (S500) in the hydrogen compressor 8 is supplied (S600) to the hydrogen tank 10 and stored therein.

상기 수소 탱크(10) 내부의 상기 수소는 상기 연료 전지(12)로 공급(S700)된다. 상기 연료 전지(12)는 상기 수소를 이용하여 소정의 전력을 발생(S800)시키게 된다.The hydrogen inside the hydrogen tank 10 is supplied to the fuel cell 12 (S700). The fuel cell 12 generates predetermined power using the hydrogen (S800).

상기 연료 전지(12)에서의 전력 발생 시 상기 수소와 반응하기 위한 산소가 필요하다. 상기 산소는 상기 케이의 일측에 형성된 공기흡입부(22)로부터 흡입된 산소일 수 있으며, 상기 수전해 유에서 수전해 반응 시 생성된 산소일 수도 있다.When power is generated in the fuel cell 12, oxygen is required to react with the hydrogen. The oxygen may be oxygen taken in from the air intake part 22 formed on one side of the cage, or may be oxygen generated during a water electrolysis reaction in the water electrolysis oil.

상기 복수의 태양전지로 구성된 PV 모듈(4)이 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전력을 발생시키는 단계로부터 상기 연료 전지(12)에서 상기 수소를 이용하여 소정의 전력을 발생시키는 단계에 이르기까지 상기 제어부(14)에 의해 제어되는 것으로, 상기 제어부(14)는 상기 PV 모듈(4)로부터 상기 수전해 유닛(6)으로 최대 발전 전력이 공급되도록 제어한다. From the step in which the PV module 4 composed of the plurality of solar cells collects sunlight incident from the outside to generate power, to the step in which the fuel cell 12 uses the hydrogen to generate predetermined power It is controlled by the control unit 14, and the control unit 14 controls so that maximum generated power is supplied from the PV module 4 to the water electrolysis unit 6.

상기 제어부(14)는 추가적으로 센서부(도면부호 미도시)를 포함하도록 구현될 수 있으며, 상기 센서부는 전류 센서, 전압 센서 및 온도 센서 중 어느 하나 이상을 포함하도록 구성되어, 상기 케이스(2)의 내부에 장착될 수 있다.The control unit 14 may be implemented to additionally include a sensor unit (reference numeral not shown), and the sensor unit is configured to include any one or more of a current sensor, a voltage sensor, and a temperature sensor, so that the case 2 Can be mounted inside.

또한 제어부(14)는 추가적으로 유선/혹은 무선방식을 통해 외부로 데이터를 전송할 수 있는 데이터 전송부(도면부호 미도시)를 포함하도록 구현될 수 있으며, 보다 바람직하게는 블루투스나 Wi-fi 등의 무선 방식을 이용한 데이터 전송부를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the control unit 14 may additionally be implemented to include a data transmission unit (reference numeral not shown) capable of transmitting data to the outside through a wired/wireless method, and more preferably a wireless device such as Bluetooth or Wi-fi. It is preferable to include a data transmission unit using a method.

보다 구체적으로, 상기 센서부를 이루는 전류/전압 센서는 상기 연료 전지(12)에 장착되어 상기 연료 전지(12)로부터 발생하는 전력 등을 모니터링할 수 있고, 추가적으로 상기 PV 모듈(4)에 장착되어 상기 PV 모듈(4)로부터 상기 DC/DC 컨버터에 공급되는 전력량 등을 모니터링 할 수 있다.More specifically, the current/voltage sensor constituting the sensor unit is mounted on the fuel cell 12 to monitor power generated from the fuel cell 12, and is additionally mounted on the PV module 4 to detect the The amount of power supplied to the DC/DC converter from the PV module 4 can be monitored.

또한, 상기 온도 센서는 상기 연료 전지(12) 및/또는 상기 수소 탱크(10)에 장착되어 상기 연료 전지(12) 및/또는 수소 탱크(10)의 온도를 모니터링하여, 상기 연료 전지(12)의 열화나, 상기 수소 탱크(10)의 동작 온도가 벗어나는지 여부를 상기 제어부(14)가 판단하도록 할 수 있다.In addition, the temperature sensor is mounted on the fuel cell 12 and/or the hydrogen tank 10 and monitors the temperature of the fuel cell 12 and/or the hydrogen tank 10, so that the fuel cell 12 The controller 14 may determine whether or not the operating temperature of the hydrogen tank 10 is deteriorating.

보다 구체적으로, 상기 제어부(14)는 상기 연료 전지(12)에 설치된 상기 센서부들의 데이터값에 기초하여, 상기 연료 전지(12)의 생성한 전력값과 온도값을 동시에 보면서, 상기 온고값이 임계기준치보다 높은 경우에는 상기 연료 전지(12)의 열화가 심하다고 가정하여 이를 상기 연료 전지(12)의 일시적인 폴트(fault)로 추정하여 상기 연료 전지(12)의 상기 수소를 이용한 전력 발생 단계를 중지하라는 명령을 전송할 수 있다. 즉, 이러한 제어부(14)의 수소 이용 전력 발생 중지를 통해 상기 연료 전지(12)의 영구적인 고장 등을 방지할 수 있다.More specifically, the control unit 14 simultaneously looks at the power value and the temperature value generated by the fuel cell 12 based on the data values of the sensor units installed in the fuel cell 12, so that the high temperature value is If it is higher than the critical value, it is assumed that the deterioration of the fuel cell 12 is severe, and this is estimated as a temporary fault of the fuel cell 12, and the power generation step using the hydrogen of the fuel cell 12 is stopped. command can be sent. That is, permanent failure of the fuel cell 12 may be prevented by stopping the generation of electric power using hydrogen by the control unit 14 .

또한 추가적으로, 상기 수소 탱크(10)의 온도데이터 또한 상기 센서부를 통해 습득하여, 상기 제어부(14)는 상기 수소 탱크(10)의 온도 데이터가 적정한 동작 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어부(14)를 통해 역시 연료 전지(12)의 전력 발생이나 상기 수소 탱크(10)의 다른 동작을 멈추도록 할 수 있다.Additionally, the temperature data of the hydrogen tank 10 is also acquired through the sensor unit, and the control unit 14, when the temperature data of the hydrogen tank 10 is out of an appropriate operating range, through the control unit 14 Also, power generation of the fuel cell 12 or other operations of the hydrogen tank 10 may be stopped.

또한, 추가적으로, 상기 제어부(14)가 상기 PV 모듈(4)에 부착된 전류/전압 센서를 활용해서 전력량을 모니터링하게 함으로써 상술한 최대 발전 전력이 수전해 유닛(6)으로 공급되는 시간 정보 및 그 때의 전력량 등을 저장하도록 할 수 있다. 이러한 저장된 전력값과 시간 정보 등이 시계열적으로 누적되게 되면 상기 제어부(14)는 상술한 상기 데이터 전송부를 통해 외부의 데이터 처리 수단(예를 들어 서버)등에 해당 시계열적으로 누적된 전략값과 시간 정보 등과 같은 전력 데이터들을 전송할 수 있다.In addition, additionally, by allowing the control unit 14 to monitor the amount of power by utilizing the current/voltage sensor attached to the PV module 4, information on the time when the maximum generated power is supplied to the electrolysis unit 6 and the information thereof It is possible to store the amount of electricity at the time. When these stored power values and time information are accumulated time-sequentially, the control unit 14 transfers the time-series accumulated strategy value and time to external data processing means (eg, server) through the above-described data transmission unit. Power data such as information may be transmitted.

상기 외부의 데이터 처리수단은 상기 전송받은 전력 데이터들을 분석하거나, RNN과 같은 인공지능 신경망을 통해 학습시킴으로써, 상기 PV 모듈(4)의 예상 발전 전력량 등을 추정하도록 할 수 있다.The external data processing unit may estimate the amount of power generated by the PV module 4 by analyzing the received power data or by learning through an artificial intelligence neural network such as RNN.

상기 케이스(2)에는 상기 연료 전지(12)에서 발생된 전력을 외부장치에 공급하기 위한 외부 장치 연결단자(24)가 구성된다.An external device connection terminal 24 for supplying power generated by the fuel cell 12 to an external device is configured in the case 2 .

상기 전력 발생 장치는 컴팩트한 사이즈로 형성되어 휴대가 가능하기 때문에 전력 공급이 필요한 다양한 장소에서 독립 전원으로 활용될 수 있다.Since the power generation device is formed in a compact size and is portable, it can be used as an independent power source in various places requiring power supply.

예를 들어, 상기 외부 장치(26)는 휴대폰일 수 있으며, 상기 외부 장치 연결단자(24)와 상기 휴대폰을 연결하는 연결선을 통해 상기 연료 전지(12)에서 발생된 전력을 상기 휴대폰에 공급할 수 있다.For example, the external device 26 may be a mobile phone, and power generated in the fuel cell 12 may be supplied to the mobile phone through a connection line connecting the external device connection terminal 24 and the mobile phone. .

또한, 상기 PV 모듈(4), 상기 수전해 유닛(6), 상기 수소 탱크(10), 상기 연료 전지(12) 등의 용량을 조절하여 원하는 용량의 전력을 발생시킬 수 있다.In addition, capacities of the PV module 4, the water electrolysis unit 6, the hydrogen tank 10, and the fuel cell 12 may be adjusted to generate power of a desired capacity.

따라서, 상기 외부 장치(26)는 크기와 상관없이 전력 공급이 필요한 여러 가지 장치일 수 있으며, 예를 들어, 보조배터리, 소형 발전장치, 전기 자동차용 비상 연료장치, 수상용 연료장치, 캠핑용 연료 장치 등을 포함할 수 있다.Therefore, the external device 26 may be various devices that require power supply regardless of size, for example, auxiliary batteries, small power generation devices, emergency fuel devices for electric vehicles, fuel devices for watercraft, and fuel for camping. devices and the like.

본 발명의 전력 발생 장치는 별도의 1차 에너지원 공급이 필요하지 않고, 물과 햇빛만을 이용하기 때문에 언제 어디서든 전력 생산이 가능한 친환경 전력 생산 장치이다.The power generation device of the present invention is an eco-friendly power generation device capable of generating power anytime and anywhere because it does not require a separate primary energy source supply and uses only water and sunlight.

따라서, 기존의 화석 연료를 개질하여 수소를 생산하는 과정 중 발생되는 온실가스나 이산화탄소를 배출하는 문제를 해결할 수 있다. Therefore, it is possible to solve the problem of emitting greenhouse gases or carbon dioxide generated during the process of producing hydrogen by reforming existing fossil fuels.

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.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art will find the spirit of the present invention described in the claims to be described later. And it will be understood that the present invention can be variously modified and changed within a range that does not deviate from the technical scope.

2 : 케이스
4 : PV 모듈
6 : 수전해 유닛
8 : 수소 압축기
10 : 수소 탱크
12 : 연료 전지
14 : 제어부
16 : DC/DC 컨버터
18 : 물탱크
20 : 공기 배출부
22 : 공기 흡입부
24 : 외부 장치 연결단자
26 : 외부 장치
28 : 돌출부
30 : 고정부
32 : 결합돌출부
34 : 캡부2 : case
4: PV module
6: water electrolysis unit
8 : Hydrogen Compressor
10: hydrogen tank
12: fuel cell
14: control unit
16: DC/DC converter
18: water tank
20: air outlet
22: air intake
24: External device connection terminal
26: external device
28: protrusion
30: fixed part
32: coupling protrusion
34: cap part

Claims

In the power generation device for producing hydrogen by electrolyzing water with power obtained through sunlight,
A case having a space formed therein in a cup or tumbler shape;
a cap portion coupled to an upper end of the case to open or close the case;
a photovoltaic (PV) module formed on an outer surface of the cap portion and composed of a plurality of solar cells;
a water electrolysis unit provided inside the case and configured to receive power from the PV module and generate hydrogen through a water electrolysis reaction;
a hydrogen compressor provided inside the case and compressing hydrogen supplied from the water electrolysis unit;
a hydrogen tank provided inside the case and storing the hydrogen compressed by the hydrogen compressor;
a fuel cell provided inside the case and generating predetermined power using the hydrogen stored in the hydrogen tank;
a control unit for controlling the operation of the power generation device until the PV module collects sunlight incident from the outside and generates power from the fuel cell;
A water tank provided inside the case, storing a certain amount of water to be supplied to the water electrolysis unit, and detachably coupled to the case;
The control unit,
A sensor unit composed of one or more of a current sensor, a voltage sensor, and a temperature sensor, and a data transmission unit that transmits data to the outside through a wired or wireless method,
The current sensor and the voltage sensor are mounted on the fuel cell or the PV module to monitor the amount of power generated from the fuel cell and the amount of power produced from the PV module;
The temperature sensor may be mounted on the fuel cell or the hydrogen tank to monitor the temperature of the fuel cell or the hydrogen tank, so that the control unit may determine whether the fuel cell is deteriorating or the operating temperature of the hydrogen tank is out of range. Provides temperature data that allows
The current sensor and the voltage sensor are attached to the PV module to monitor the amount of power, and store and accumulate information on the time when the power generated by the PV module is supplied to the water electrolysis unit and the value of the amount of power when the corresponding time information is supplied, Power data including accumulated time information and power value is transmitted to an external data processing unit through the data transmission unit, and the external data processing unit analyzes the power data or calculates the expected generation power of the PV module through machine learning. A solar-hydrogen-based portable power generator characterized by predicting.

According to claim 1,
On the inner diameter surface of a certain height portion in the case,
A ring-shaped protrusion with one side open; and
A fixing part formed on one lower surface of the open side of the protrusion and forming a 'c'-shaped cross section with the lower surface of the protrusion; is formed.
Photovoltaic-hydrogen-based portable power generator, characterized in that.

According to claim 2,
A solar-hydrogen-based portable power generator, characterized in that a coupling protrusion is formed on one side of the outer diameter surface of a predetermined height portion in the water tank.

According to claim 3,
When the case and the water tank are coupled,
The coupling protrusion is a solar-hydrogen-based portable power generator, characterized in that inserted inside the fixing part.

According to claim 1,
When the case and the water tank are coupled,
The solar-hydrogen-based portable power generator, characterized in that the screw thread formed on the outer diameter surface of the water tank is screwed with the screw thread formed on the inner diameter surface of the case.

According to claim 1,
The solar-hydrogen-based portable power generator, characterized in that the coupling state of the case and the water tank is confirmed by a status display unit formed on the outside of the case.

According to claim 6,
The solar-hydrogen-based portable power generator, characterized in that the status display unit is an LED.

According to claim 6,
The solar-hydrogen-based portable power generator, characterized in that the status display unit is an alarm member.

delete

According to claim 1,
The PV (Photovoltaic) module is a solar-hydrogen-based portable power generator, characterized in that formed flexible (flexible).

delete

According to claim 10,
The photovoltaic (PV) module is a solar-hydrogen-based portable power generator, characterized in that installed on the outer surface of the case.

In the power generation method using the solar-hydrogen-based portable power generator of any one of claims 1 to 8, 10 and 12,
generating electric power by condensing sunlight incident from the outside by a PV module composed of a plurality of solar cells;
supplying power generated in the PV module to a water electrolysis unit;
generating hydrogen through a water electrolysis reaction in the water electrolysis unit;
supplying hydrogen generated in the water electrolysis unit to a hydrogen compressor;
compressing the hydrogen supplied from the water electrolysis unit in the hydrogen compressor;
supplying and storing the hydrogen compressed by the hydrogen compressor in a hydrogen tank;
supplying the hydrogen inside the hydrogen tank to a fuel cell;
Generating a predetermined power by using the hydrogen in the fuel cell; including
A power generation method using a solar-hydrogen-based portable power generator, characterized in that.