KR102576902B1 - 결로방지 부재를 구비한 연료전지를 이용하는 무인 항공기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기는, 연료 전지로 구동되기 위해 연료용기부를 포함하되, 상기 연료용기부를 감싸며 외부와의 온도차에 의해 결로를 “S이할 수 있는 결로 방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

결로방지 부재를 구비한 연료전지를 이용하는 무인 항공기{An unmanned aerial vehicle using a fuel cell equipped with an anti-condensation member}

본 발명은 연료전지를 이용하는 무인 항공기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 전지에 에너지원으로 사용되는 연료 용기의 결로를 방지할 수 있는 결로 방지 부재를 포함한 무인 항공기에 관한 것이다.

드론이라 불리우는 무인 항공기의 경우, 2000년대 이후 점점 그 비행 성능이 좋아지면서 군사 용도 및 민간 용도 모두 활발하게 사용되고 있다. 다만, 현재 사용되는 대부분의 무인 항공기는 배터리에 의해 에너지를 사용하게 되는데, 그 사용시간이 수십분 정도라는 점에서 장거리 비행 등에 적합하지 않다는 문제점을 가지고 있다.

그리하여, 무인 항공기의 장거리 비행을 도모하기 위해서 연료전지를 이용하는 무인 항공기가 다양하게 등장하게 되었고, 그 중 연료전지의 에너지원으로 수소를 이용하는 기술이 점차 각광받게 되었다. 하지만, 이러한 수소 에너지원을 이용한 무인 항공기의 경우, 부피 문제로 인해 액화 수소를 사용하게 되는데, 그 저장용기의 온도가 극저온인 -252.7도여서, 저장용기의 내/외부의 온도차로 인해 결로가 생기고 그러한 결로에서 발생한 수분으로 인해 여러 고장 등을 야기하는 문제점을 해결할 필요가 있다.

대한민국 공개 특허 제10-2019-0141831호(2020.12.21. 공개) 대한민국 등록 특허 제10-1466881호(2014.11.24. 공고) 대한민국 등록 특허 제10-2002952호(2019.07.19. 공고)

본 발명의 목적은 액화수소를 연료로 사용하는 연료 전지 무인 항공기에 있어서, 연료용기에 발생할 수 있는 결로 문제를 해결하는 무인 항공기 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 연료 용기의 결로를 방지하는 결로 방지부재에 탄성소재를 사용함으로써, 무인 항공기의 추락과 같은 사고시, 연료 용기에 가해지는 충격을 흡수할 수 있도록 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기는, 상기 무인 항공기에 활공 에너지를 공급하는 연료용기부, 상기 무인 항공기를 부양하는 복수의 회전익을 포함하는 프로펠러부, 상기 무인 항공기를 지지하며 이착륙시 지상과 맞닿는 스키드부, 상기 무인 항공기의 비행을 제어하는 메인부, 상기 연료 용기부와 상기 프로펠러부, 상기 스키드부를 연결하며 상기 메인부를 수용하는 프레임부, 상기 연료용기로부터 공급받은 에너지를 전기에너지원으로 변환하여 저장하는 연료전지부를 포함하되,상기 연료용기부는 결로 방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 결로 방지부재는 연료용기부를 감싸며 외부와 접하는 하우징부, 상기 하우징부와 연료용기부 사이에 적층되는 수분 흡수부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 결로 방지부재는 상기 수분 흡수부로 흡수된 수분을 외부로 배출시키는 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 결로 방지부재는 상기 수분 흡수부의 수분의 정도를 센싱하는 수분 센서를 더 포함하고, 상기 비행 제어부는 상기 수분 센서로부터 수분 함량 데이터를 수신하여 임계 기준치보다 높은 경우, 상기 배출구의 개폐 여부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연료전지로 구동되는 무인 항공기는 연료용기부에 발생할 수 있는 결로를 방지하고 발생한 수분을 원활하게 배출하여, 무인 항공기의 안전한 운행을 도모할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 결로를 방지하는 부재에 충격을 흡수하는 기능을 부가하여, 연료용기부에 가해지는 외력에 대한 흡수를 통해 무인 항공기의 추락과 같은 사고로부터 연료 용기부를 보호하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 전체적인 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 프로펠러부가 접힌 상태를 표시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기가 접힌 상태에서의 정면도이다.
도 4는 무인 항공기의 메인 부재의 세부 구성을 나타낸 블록 선도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결로 방지부재의 내부 구성을 세부적으로 보인 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 프로펠러가 각각 펼쳐지거나 접힌 상태에서의 다양한 사시도 및 평면도를 도시한 것이다.

본 발명의 무인 항공기(10000)는 도 1 내지 3에 도시된 것과 같이, 상기 무인 항공기(10000)에 활공 에너지를 공급하는 연료용기부(2000), 상기 무인 항공기(100000)를 부양하는 복수의 회전익을 포함하는 프로펠러부(3000), 상기 무인 항공기(10000)를 지지하며 이착륙시 지상과 맞닿는 스키드부(4000),상기 무인 항공기(10000)의 비행을 제어하는 메인부(1000), 상기 연료 용기부(2000)와 상기 프로펠러부(3000), 상기 스키드부(4000)를 연결하며 상기 메인부(1000)를 수용하는 프레임부(5000), 상기 연료용기부(2000)로부터 공급받은 에너지를 전기에너지원으로 변환하여 저장하는 연료전지부(6000)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 무인 항공기(10000)에 사용되는 연료용기부(2000)는 일 실시예로 수소를 에너지원으로 하는 액화 수소 탱크를 포함하는 형태일 수도 있다.

또한 상기 연료전지부(6000)는 상기 연료용기부(2000)에 수용된 연로로부터 공급받은 에너지원을 전기에너지원으로 변환하여 저장하는 스택 구조일 수도 있다.

또한 상기 프로펠러부(3000)는 복수의 회전익을 포함하고, 그 일 실시예로는 쿼드-콥터의 형태일 수도 있다.

또한 상기 스키드부(4000)는 무인 항공기(10000)를 지지하며, 이착륙시 지상과 맞닿는 역할을 수행한다.

또한 상기 프레임부(5000)은 메인부(1000)를 수용하며, 상기 연료 용기부(2000), 상기 프로펠러부(3000), 스키드부(4000)를 연결하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 프레임부(5000)는 상기 연료전지부(6000)와 상기 연료용기부(2000)를 기계적으로 연결하는 메인프레임부와 상기 프로펠러부(3000)와 연결되는 암(arm), 상기 메인프레임부와 암의 연결부위 사이에 상기 암의 회절이 가능하도록 하는 회전 브라켓부(도 1, 2의 붉은 색 원 부분)를 더 포함할 수 있다. 또한 상술한 상기 회전 브라켓부는 일 실시예로 폴딩이 가능한 조립체의 형태로 구현될 수도 있다.

또한 상기 메인프레임부는 후술되는 상기 메인부(1000)를 수용할 수 있도록 각각 상부 플레이트와 하부 플레이트를 포함하도록 하여, 상기 메인부(1000)가 상기 상부/하부 플레이트 사이에 위치하도록 구현될 수도 있다.

도 4에 도시된 것과 같이 상기 메인부(1000)는 비행 제어부(1100), 센서부(1200), 통신부(1300)를 포함하도록 구현될 수도 있다.

구체적으로, 상기 비행 제어부(flight controller, 1100))은 상기 프로펠러부(300)의 복수의 회전익의 동작 제어 등 상기 무인 항공기(10000)의 비행 제어를 수행하며, 상기 연료 용기부(2000)를 제어하거나, 연료 전지부(6000)를 제어하는 기능을 제공할 수 있다.

또한 센서부(1200)는 상기 무인 항공기(10000)의 여러 외부 정보들을 획득하는 기능을 제공하며 일 실시예로, 가속도 센서, GPS 등을 포함할 수도 있다.

또한, 통신부(1300)는 상기 무인 항공기의 조종과 관련된 데이터들을 수신하고, 무인 항공기의 여러 센서 데이터들을 송신하는 기능을 수행하며, 안테나 등을 포함하도록 구현될 수 있다.

도 5에 도시된 것과 같이, 상기 결로 방지부재(2100)는 상기 연료용기부(2000)을 감싸는 형태로 구성되며 연료용기의 내/외부 온도차이로 발생하는 수분을 흡수하는 재질로 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 결로 방지부재(2100)는 상기 연료 용기부(2000)를 감싸며 외부와 접하는 하우징부(2110), 상기 하우징부(2110)와 상기 연료 용기부(2000) 사이에 적층되는 수분 흡수부(2120), 상기 수분 흡수부(2120)로 흡수된 수분을 외부로 배출시키는 배출구(2130)을 포함하도록 구현될 수 있다..

보다 구체적으로, 상기 연료용기부(2000)가 액화수소를 하우징하는 형태인 경우, 상기 액화수소의 보관 온도(-252.7도의 극저온)와 외부 상온과의 차이가 매우 크므로, 상기 연료용기부(2000)의 외면에는 반드시 수분이 형성되어 결로가 발생하게 된다.

이러한 결로에 의해 발생한 수분이 상기 메인부 등과 같이 인쇄회로기판을 포함하는 구성으로 새어들어가는 경우, 여러가지 오동작 및 사고(무인 항공기의 추락 등)를 야기할 수도 있다.

또한 상기 하우징부(2110)은 수분을 흡수하는 수분 흡수부(2120)을 수용할 뿐 아니라, 외력을 흡수할 수 있는 탄성력이 있는 소재(예를 들어, 엘라스토머)로 이루어져서, 추락과 같은 외부 충격으로부터 연료용기부(2000)를 보호하는 효과를 제공할 수 있다.

또한 상기 결로 방지부재(2100)에는 상기 수분 흡수부(2120)의 수분의 정도를 센싱하는 수분 센서(2140)를 더 포함하도록 구현될 수 있다,

이 경우, 상기 비행 제어부(1100)는 상기 수분 센서(2140)로부터 수분 함량 데이터를 수신하되, 상기 수분 센서(2140)으로부터 센싱한 수분 함량이 임계 기준치보다 높은 경우, 상기 무인 항공기(10000)의 상태를 판단하고, 상기 배출구(2130)를 개폐하여 수분을 외부로 배출하도록 제어할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 비행 제어부(1100)는 상기 수분 함량이 임계 기준치보다 높으면서, 상기 무인 항공기(10000)에서 배출되는 수분이 외부 환경에 피해가 없는 경우(예를 들어 상기 무인 항공기가 산이나 바다 등을 지나는 경우), 상기 배출구를 개구하도록 할 수도 있다.

상기 수분의 배출은 결과적으로 상기 연료용기부(2000)의 외면에 맺히는 수분을 주기적으로 배출하고, 결과적으로 무인 항공기(10000)의 중량을 일부라도 감소시켜, 상기 무인 항공기의 장시간 활공을 도모하는 효과를 제공할 수 있다.

10000 : 무인 항공기
1000: 메인부
1100: 비행 제어부
1200: 센서부
1300 : 통신부
2000 : 연료용기부
2100 : 결로 방지부재
2110 : 하우징부
2120 : 수분 흡수부
2130 : 배출구
2140 : 수분 센서
3000 : 프로펠러부
4000 : 스키드부
5000 : 프레임부
6000 : 연료전지부

Claims (4)

1. 연료전지로 구동되는 무인 항공기에 있어서,
   상기 무인 항공기에 활공 에너지를 공급하는 연료용기부;
   상기 무인 항공기를 부양하는 복수의 회전익을 포함하는 프로펠러부;
   상기 무인 항공기를 지지하며 이착륙시 지상과 맞닿는 스키드부;
   상기 무인 항공기의 비행을 제어하는 메인부;
   상기 연료 용기부와 상기 프로펠러부, 상기 스키드부를 연결하며 상기 메인부를 수용하는 프레임부;
   상기 연료용기로부터 공급받은 에너지를 전기에너지원으로 변환하여 저장하는 연료전지부; 및
   상기 연료용기부의 외면의 일부 또는 전체를 감싸는 형태로 결합되며, 상기 연료 용기부의 표면에 발생되는 수분을 흡수하는 결로 방지부재;를 포함하며,
   상기 결로 방지부재는,
   상기 연료용기부를 감싸며 외부와 접하는 하우징부, 상기 하우징부와 연료용기부 사이에 적층되는 수분 흡수부, 상기 수분 흡수부로 흡수된 수분을 외부로 배출시키는 배출구 및 상기 수분 흡수부의 수분의 정도를 센싱하는 수분 센서를 포함하고,
   상기 수분 센서로부터 측정된 수분 함량 데이터를 기반으로 상기 배출구의 개폐 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 용기의 결로를 방지하는 무인 항공기.
   
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