KR102649502B1 - 생명유지 장치 - Google Patents

생명유지 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102649502B1
KR102649502B1 KR1020220061234A KR20220061234A KR102649502B1 KR 102649502 B1 KR102649502 B1 KR 102649502B1 KR 1020220061234 A KR1020220061234 A KR 1020220061234A KR 20220061234 A KR20220061234 A KR 20220061234A KR 102649502 B1 KR102649502 B1 KR 102649502B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
support device
life support
fuel cell
tank
hydrogen
Prior art date
Application number
KR1020220061234A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230162822A (ko
Inventor
유이상
정영석
박광근
백승환
조기주
Original Assignee
한국항공우주연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국항공우주연구원 filed Critical 한국항공우주연구원
Priority to KR1020220061234A priority Critical patent/KR102649502B1/ko
Publication of KR20230162822A publication Critical patent/KR20230162822A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102649502B1 publication Critical patent/KR102649502B1/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A41WEARING APPAREL
    • A41DOUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D13/00Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B17/00Protective clothing affording protection against heat or harmful chemical agents or for use at high altitudes
    • A62B17/001Adaptations for donning, adjusting or increasing mobility, e.g. closures, joints
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B17/00Protective clothing affording protection against heat or harmful chemical agents or for use at high altitudes
    • A62B17/003Fire-resistant or fire-fighters' clothes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00Respiratory apparatus
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B9/00Component parts for respiratory or breathing apparatus
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63CLAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02Divers' equipment
    • B63C11/10Rigid suits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G6/00Space suits
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A41WEARING APPAREL
    • A41DOUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D2400/00Functions or special features of garments
    • A41D2400/10Heat retention or warming
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A41WEARING APPAREL
    • A41DOUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D2400/00Functions or special features of garments
    • A41D2400/46Storage or supply of water for drinking purposes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/30Fuel cells in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 외부로부터 자원을 확보하기 어려운 환경에서 한정된 자원을 통해 생명 유지를 위한 생명유지 장치에 관한 것으로, 기존의 생명유지 장치 내에 각각의 필요한 구성들이 구비되되, 각 구성 중 어느 하나의 자원이 부족할 경우, 수행중인 임무를 중지하고 복귀해야 하는 문제점을 해결하기 위해 자원이 유동적으로 전환 가능한 생명유지 장치를 제안한다. 또한 연료전지 또는 호흡에 의해 발생되는 이산화탄소를 활용하여 전력을 생산하는 특징을 지닌다. 연료전지를 구비하여 산소 및 수소를 이용해 전력을 생산하고, 어느 하나의 자원이 부족한 경우, 물, 수소, 및 산소 전환 시스템을 구비하여 기존보다 긴 시간동안 생명유지 및 임무수행이 가능한 장점이 있다.

Description

생명유지 장치 {A life support system}
본 발명은 생명유지 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 외부로부터 자원을 확보하기 어려운 환경에서 한정된 자원을 통해 생명 유지를 위한 생명유지 장치에 관한 것이다.
자원을 주변으로부터 얻기 힘든 환경에서 임무를 수행하기 위해 생존에 필요한 생명유지 장치가 개발된다. 우주공간, 사막, 및 심해 공간 등의 공간적 제약과 특수한 환경에서 임무수행하기 위한 것으로, 산소를 공급받기 힘든 물 속 환경에서는 산소통을 구비하며, 우주의 경우, 물과 전기, 및 산소 등의 자원을 구비하여 생명을 유지한다.
기존의 우주인 생명유지 장치는 산소, 물, 전력을 공급받기 위해 산소통, 물탱크, 배터리 등의 구성이 각각 결합되어 있어, 어느 하나의 자원이 부족한 경우, 재충전을 위해 복귀해야만 하는 단점이 있다. 또한, 제한된 부피 내에 일정용량을 갖는 모든 구성이 구비되어야하므로 각 구성의 용량 비율계산에 어려움이 있다.
기존의 생명유지 장치의 전력은 주로 교체 가능한 은아연 배터리 또는 리튬이온 배터리로부터 공급받는다. 이로 인해 배터리 용량이 크고, 효율이 좋은 배터리가 장착된다. 그러나 은아연 배터리 또는 리튬이온배터리는 충격에 의한 문제에 취약한 단점이 있다.
일반적인 우주복의 경우, 위치이동 및 자세제어를 위한 추력기가 구비된다. 이때, 추력기는 독성물질을 포함하는 가스가 분사되며, 분사되는 가스가 우주복 내부로 유입될 문제점이 있어, 가스가 우주복 내부로 유입되지 않거나 무독성 가스를 이용하는 우주복이 필요로 한다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 생명유지 장치 내에 각각의 필요한 구성들이 구비되되, 각 구성 중 어느 하나의 자원이 부족할 경우, 수행중인 임무를 중지하고 복귀해야 하는 문제점을 해결하기 위해 자원이 유동적으로 전환 가능한 생명유지 장치를 제안한다.
또한, 기존의 생명유지 장치 내에 구비된 은아연 배터리 및 리튬이온배터리는 충격에 약한 단점을 가지고 있어, 이를 대체 가능하고 충격에 보다 강한 전력발생수단을 구비한 생명유지 장치를 제안한다.
또한, 추력기에서 가스가 분사되되, 인체에 영향을 미치지 않는 무독성 가스가 분사되는 생명유지 장치를 제안한다.
본 발명은 산소를 포함하는 기체가 저장된 기체탱크, 수소가 저장된 수소탱크, 상기 기체탱크와 상기 수소탱크와 연결되고, 전력이 발생되는 연료전지, 상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지에서 발생된 물을 저장하는 물탱크, 상기 물탱크로부터 물을 전달받아 수소 및 산소를 생성하는 전환시스템, 및 상기 연료전지로부터 이산화탄소를 전달받는 음극측 입력부, 이산화탄소가 포함된 기체가 배출되는 양극측 출력부를 포함하는 포집부를 포함한다.
또한, 외부 기체를 흡입하는 흡입부를 포함하는 기체탱크, 수소가 저장된 수소탱크, 상기 기체탱크와 상기 수소탱크와 연결되고, 전력이 발생되는 연료전지, 상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지에서 발생된 물을 저장하는 물탱크, 상기 물탱크로부터 물을 전달받아 수소 및 산소를 생성하는 전환시스템, 및 상기 연료전지로부터 이산화탄소를 전달받는 음극측 입력부, 이산화탄소가 포함된 기체가 배출되는 양극측 출력부를 포함하는 포집부부를 포함한다.
또한, 상기 포집부는 의복과 연결되며, 의복으로부터 발생되는 이산화탄소를 포집하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 생명유지 장치는 상기 기체탱크 및 상기 수소탱크와 연결되고, 연소가스가 발생되는 연소부 및 상기 연소부와 연결되고, 연소 가스가 분사되는 추력기를 포함한다.
또한, 상기 포집부는 상기 연소부와 연결되고, 상기 추력기는 이산화탄소와 연소가스를 배출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 포집부는 상기 양극측 출력부에서 배출된 이산화탄소를 상기 음극측 입력부로 재포집하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 생명유지 장치는 상기 연료전지에서 발생된 열을 회수하는 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기는 상기 물탱크에서 배출된 유체와 열교환되어 의복으로 열이 전달되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 생명유지 장치는 상기 연료전지에서 발생되는 열을 회수하는 열교환기 및 연료전지와 연결된 배터리를 포함하고, 제어부는 연료전지에서 발생된 열과 상기 물탱크의 유체를 통해 배터리의 온도를 제어하는 온도조절 시스템을 포함한다.
또한, 상기 기체탱크 또는 상기 수소탱크는 상기 생명유지 장치로부터 탈부착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 생명유지 장치는 의복과 연결되는 하나 이상의 연결관을 포함하고, 상기 의복은 상기 기체탱크와 상기 포집부가 연결된 호흡보조장치를 포함한다.
또한, 상기 생명유지 장치는 의복과 연결되는 하나 이상의 연결관을 포함하고, 상기 연결관은 의복과 결합유무에 따라 길이조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 생명유지 장치 내에 구비된 어느 하나의 자원이 부족한 경우, 다른 자원으로부터 부족한 자원을 얻을 수 있어, 기존보다 긴 시간동안 생명유지 및 임무수행이 가능한 장점이 있다.
또한, 연료전지에서 발생된 열을 통해 내부의 물을 가열하여 체온 유지 및 물탱크 결빙 방지 등의 효과가 있다.
또한, 충격에 취약한 은아연 배터리 또는 리튬이온배터리를 대체하여 연료전지를 사용함으로써 내구성이 높이는 효과가 있다.
또한, 수소 및 산소를 이용한 추력기를 통해 냉가스 추력 또는 무독성 추력을 생성하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 구성하는 전체 구성도이다.
도 2는 물 공급 예시도이다.
도 3은 산소공급 예시도이다.
도 4는 포집부의 예시도이다.
도 5는 우주복에 적용한 예시도이다.
도 6은 호흡보조장치가 구비된 우주복의 예시도이다.
도 7은 우주복의 후면 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 소형생명유지 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명은 산소를 포함하는 기체가 저장된 기체탱크(100), 수소가 저장된 수소탱크(200), 상기 기체탱크와 상기 수소탱크와 연결되고, 전력이 발생되는 연료전지(300), 상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지에서 발생된 물을 저장하는 물탱크(500), 상기 물탱크로부터 물을 전달받아 수소 및 산소를 생성하는 전환시스템(400), 및 상기 연료전지와 연결되며, 상기 연료전지로부터 이산화탄소를 전달받는 음극측 입력부, 이산화탄소가 포함된 기체가 배출되는 양극측 출력부를 포함하는 포집부(600)를 포함한다.
외부로부터 자원을 얻기 힘든 환경에서 생명유지 장치는 생존에 필요한 수분과 열 및 전력을 사용자에게 제공한다.
기체탱크(100)는 호흡에 필요한 산소를 포함하는 기체가 저장된 기체탱크(100)이다. 외부로부터 산소를 공급받는 환경일 경우, 기체탱크(100)는 지속적으로 사용자에게 기체를 공급하는 흡입구로 대체될 수 있다.
수소탱크(200)는 연료전지(300)부가 발전하는데 필요한 수소 연료를 저장하고 공급하는 구성이다. 기체탱크(100)와 수소탱크(200)는 생명유지 장치와 탈부착이 가능하다. 탈부착을 통해 교체가 가능하며, 부족한 자원을 쉽게 사용할 수 있는 장점이 있다.
연료전지(300)의 입력부는 기체탱크(100) 및 수소탱크(200)와 연결된다. 구체적으로 연료전지(300)의 음극 측에 기체탱크(100)가 연결되어 산소를 포함한 기체가 공급되며, 연료전지(300)의 양극 측에 수소탱크(200)가 연결되어 수소가 공급된다. 연료전지(300)는 촉매와 전해액 등의 구성으로 형성된다. 전자가 양극에서 음극으로 이동되면서 전력 및 열이 발생된다. 또한, 연료전지는 음극으로 이동된 수소이온이 산소이온과 결합하여 물이 발생된다. 연료전지(300)의 출력부는 물, 전력, 열, 및 이산화탄소가 배출된다. 배출된 물은 물탱크로 저장되며 생명유지에 활용된다.
기존의 생명유지장치에 구비된 리튬이온배터리는 충격에 취약하며, 제한된 환경에서 전력을 재충전하기에 제한적인 단점이 있으나, 본 발명은 수소를 이용한 연료전지(300)를 구비하여 필요에 따라 전력을 생산할 수 있는 장점이 있다.
전환시스템(400)은 기체탱크(100), 수소탱크(200), 및 물탱크(500)와 연결된다. 물탱크(500)의 물을 공급하여 산소와 수소를 발생시키며, 기체탱크(100)와 수소탱크(200)의 산소 및 수소를 공급하여 물을 발생시킨다. 기존의 생명유지 장치의 경우 물, 산소, 및 수소 등의 구성이 독립적으로 구비되어야 하나, 본 발명은 양방향 전환 시스템을 통해 부족한 자원을 충족하는 장점이 있다. 전환시스템을 통해 산소, 물, 및 수소 중 어느 하나가 부족한 경우 다른 자원으로부터 얻을 수 있어, 생명유지 시간 및 임무 수행 시간이 증대되는 효과가 있다. 또한, 자원 충전 시 여분의 기체탱크, 수소탱크 및 물탱크를 모두 휴대하지 않고, 물탱크 또는 기체탱크 및 수소탱크를 휴대하여 부피 및 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.
물탱크(500)는 연료전지(300)에서 발생된 물 및 전환시스템(400)에서 발생된 물이 저장된다. 저장된 물을 의복(10), 신체로 공급되어 수분을 보충하고, 의복(10) 및 생명유지 장치 내부를 순환되며 체온 조절 또는 냉각수 역할에 활용된다.
이 때, 의복(10)은 옷과 헬멧, 장갑 등의 구성을 포함하며, 의복의 종류는 우주복, 방호복, 잠수복 및 전투복 등을 포함한다.
포집부(600)는 연료전지로 형성되며, 생명유지장치(1000)내의 구성과 연결되어 자원을 공급받아 전력을 생산한다. 이때, 연료전지(300)에서 발생되는 이산화탄소를 포집하는 것을 특징으로 한다. 또한, 포집부(600)는 의복(10)과 연결되어 사용자의 호흡에 의해 발생되는 이산화탄소를 포집할 수 있다. 또한, 포집부(600)는 외부공기 중의 이산화탄소를 포집할 수 있는 포집관이 더 구비될 수 있다. 포집된 이산화탄소를 활용하여 전력을 생산하며, 포집부(600)에서 배출된 이산화탄소는 재포집되거나 외부로 배출된다. 본 발명의 포집부(600)는 도 1에 도시된 흐름에 한정하지 않으며, 생명유지장치 내의 구성 및 의복과 연결되어 자원을 공급받거나 공급할 수 있다.
본 발명은 연료전지(300)에서 발산되는 열을 이용한 열교환기(700)를 포함한다. 물탱크(500)에 저장된 물은 열교환기(700)를 통해 열을 전달받아 의복(10) 및 신체로 공급된다. 열교환기(700)를 통해 가열된 물은 의복(10)을 순환하여 체온을 유지하는 효과가 있다. 의복(10)을 순환한 물은 다시 물탱크(500)로 회수되어 이용된다.
생명유지 장치(1000)는 기체탱크(100) 및 수소탱크(200)와 연결되고 연소가스가 발생되는 연소부(800)를 포함하고, 상기 연소부(800)는 연소가스가 분사되는 추력기(30)와 연결된다.
연소부(800)는 산소를 포함하는 기체와 수소를 공급받아 연소되며, 연소부(800)에서 발생된 연소가스는 생명유지 장치 또는 의복(10)에 결합된 추력기(30)를 통해 외부로 배출된다. 추력기(30)에 사용되는 주요 에너지원은 산소와 수소이며, 수소, 산소추력기는 무독성가스가 발생되는 장점이 있다. 또한, 연소부(800)는 포집부(600)와 연결되며, 포집부(600)의 이산화탄소는 연소부(800)를 통해 외부로 배출된다.
추력기(30)는 연소부(800)와 연결되되, 연소가스가 전달되는 배관은 단열소재로 이루어져 사용자는 화상으로부터 보호된다.
본 발명의 유로 및 신호 등을 제어하는 제어수단을 포함하며, 제어수단은 밸브 및 펌프 등으로 구성된다. 또한 제어수단은 제어부에 의해 제어된다.
도 2는 물 공급 예시도이다. 도 2를 참고하면, 연료전지(300)에서 발생되는 물은 물탱크(500)에 저장된다. 저장된 물은 식수, 체온유지, 및 배터리 온도조절 등으로 활용된다.
본 발명은 물탱크(500)에 저장된 유체와 연료전지(300)부에서 발생되는 열이 열 교환되는 열교환기(700)를 포함한다. 물탱크(500)와 의복(10)이 연결된 유로는 열교환기(700)와 연결되며, 열을 전달받아 물이 가열된다. 가열된 물은 유로를 통해 의복(10)을 순환하며 사용자의 체온유지에 필요한 열을 공급한다.
열교환기(700)와 열 교환된 물은 물탱크(500)로 회수된다. 물탱크(500) 내에 열에너지를 저장하여 물탱크(500)의 응결을 방지하는 효과가 있다. 회수유로는 물을 정화하는 필터(510)를 포함하고 있어 식수로 활용된다.
또한, 본 발명은 연료전지와 연결된 배터리를 포함하고 있으며, 연료전지(300)에서 발생된 열은 배터리의 성능을 높이기 위해 배터리로 공급된다. 배터리가 과도하게 냉각될 경우 성능이 저하되는 문제가 발생된다. 제어부는 연료전지에서 발생된 열과 상기 물탱크의 유체를 통해 배터리의 온도를 제어하는 온도조절 시스템을 포함하여 배터리는 일정범위의 온도를 유지된다.
물탱크(500)에 저장된 물 또는 가열된 물은 연료전지(300)로 공급되어, 냉각수로 활용되거나, 연료전지(300)의 양극(310)에 주입되어 전력을 발생한다.
도 3은 산소공급 예시도이다. 도 3을 참고하면, 연료전지(300)는 기체탱크(100)와 수소탱크(200)로부터 산소 및 수소를 공급받고, 양극(310)에서 음극(320)으로 전하가 이동되며 전력이 발생되고, 양극의 수소이온은 전해액을 통해 음극으로 이동되며, 산소와 결합해 물이 배출된다.
이때, 기체탱크(100)는 연료전지(300)와 헬멧을 포함하는 의복(10)으로 산소를 포함하는 기체를 공급한다. 기체공급을 통해 헬멧 안과 의복 안의 여압을 유지하고, 내부를 환기시켜 습기를 제거하는 효과가 있다. 생명유지 장치는 외부로부터 산소를 공급받을 수 있는 환경일 경우, 기체탱크(100)는 기체 흡입구로 대체될 수 있다.
도 4는 포집부의 예시도이다. 도 4를 참고하면, 포집부(600)는 연료전지로 형성되며, 이산화탄소는 포집되어 활용한다. 포집부(600)는 용융 탄산염 연료전지(MCFC, Molten carbonate fuel cell)를 포함한다. 포집부(600)의 음극측 입력부(610)로 산소, 질소, 및 이산화탄소를 포함하는 기체가 공급되며, 포집부(600)의 양극측 입력부(630)로 수소, 물이 공급된다. 포집부(600) 내에 배치된 촉매와 전해액에 의해 전자가 양극에서 음극으로 이동되어 전력이 발생된다.
이때, 포집부(600)의 음극 측에서는 아래와 반응이 진행되며, 발생된 탄산이온이 음극에서 양극으로 이동된다.
또한, 탄산이온을 전달받은 양극 측에서 아래와 같은 반응이 진행된다.
이를 통해 포집부(600)의 음극측 출력부(620)는 산소와 질소가 배출되며, 양극측 출력부(640)는 이산화탄소, 물, 수소가 배출된다.
이때, 양극측 출력부(640)에서 배출된 이산화탄소가 포집부(600)로 재포집되며, 음극측 입력부(610)으로 재포집되는 순환구조를 갖는다.
양극측 입력부(630) 및 양극측 출력부(640)는 물탱크와 연결되어 저장 및 활용된다. 포집부(600)에서 배출된 산소, 질소 등의 기체는 재포집되거나 연소에 활용된다.
도 5는 본 발명을 우주복에 적용한 예시도이다. 도 5를 참고하면, 생명유지 장치는 산소를 포함한 기체가 저장된 기체탱크(100), 수소가 저장된 수소탱크(200), 전력을 발생하는 연료전지(300), 물과 수소 및 산소로 자원을 전환시키는 전환시스템(400), 연료전지(300)에서 발생된 물을 저장하는 물탱크(500), 및 전력을 공급받아 작동하는 통신부(900)를 포함한다.
생명유지 장치(1000)는 복수의 유로 및 회로에 의해 구성이 연결되어 있으며, 제어부에 의해 유로의 흐름 및 작동여부가 제어된다.
기체탱크(100)는 의복을 통해 산소가 헬멧으로 전달되거나, 헬멧(20)과 직접적으로 연결되어 사용자에게 산소를 공급한다.
의복(10)은 이동 및 자세제어를 위해 하나 이상의 추력기(30)를 포함한다. 추력기(30)는 기체탱크 및 수소탱크와 연결되며, 산소 및 수소를 이용하여 에너지를 갖는다. 수소 및 산소를 이용한 추력기는 냉가스 추력 또는 무독성 추력 생성이 가능하여 인체에 영향을 줄이는 장점이 있다. 추력기는 요구에 따라 생명유지 장치에 배치된다.
통신부는 연료전지에서 발생된 전력을 공급받아 작동되며, 외부와 무선 신호를 송신 또는 수신 가능하게 구성된다. 또한, 의복은 웨어러블 생체 신호 체크 센서를 구비하고, 측정된 데이터를 서버로 송신하거나, 사용자에게 화면을 출력하여 지속적으로 사용자의 상태를 확인하는 장점이 있다.
도시된 구성의 배치는 일 예시예이며, 설계자 및 사용자에 의해 변경될 수 있고, 각 구성은 단일 또는 복수개로 배치될 수 있다.
도 6은 호흡 보조 장치가 구비된 우주복의 예시도이다. 도 6을 참고하면, 헬멧(20)은 시력을 보호 및 사물을 확인하는 구성으로 이루어진다. 헬멧(20)은 호흡 보조 장치(21)와 연결되어 산소를 공급받고 이산화탄소를 배출된다. 호흡 보조 장치(21)는 의복을 통해 생명유지 장치와 연결된다. 의복(10) 내에 산소 공급 및 이산화탄소 포집 위한 유관이 배치되며, 생명유지 장치의 기체탱크와 포집부가 연결된다. 기체탱크로부터 산소를 공급받고, 호흡에 의해 발생된 이산화탄소는 포집부로 포집된다.
또한, 호흡 보조 장치(21)는 헬멧(20) 내부로 공기를 주입하고 흡입하여, 내부 습기를 제거하는 효과가 있다.
도 7은 우주복의 후면 예시도이다. 도 7(a)은 의복의 후면에 생명유지 장치가 결합된 결합도이며, 도 7(b)은 생명유지 장치와 의복이 분리된 분해도이다. 도 7을 참고하면, 생명유지 장치(1000)는 의복(10)의 상체 뒷면에 결합된다. 생명유지 장치와 의복(10)은 복수의 호스 및 라인을 통해 필요한 자원이 이동된다. 대표적으로 생명유지 장치와 의복(10) 상호간에 물이 전달되는 유로(11), 생명유지 장치에서 의복(10)으로 산소가 공급되는 제1호스(12), 의복(10)에서 생명유지 장치로 산소와 이산화탄소가 전달되는 제2호스(13) 및 상호간 전력과 통신 신호가 전달되는 라인(14)이 구비된다.
생명유지 장치(1000)와 의복(10)을 연결하는 복수의 호스 및 라인은 신축성 있는 재질로 형성되며, 생명유지 장치의 결합유무에 따라 길이조절이 가능하다.
기존의 생명유지 장치는 의복(10)과 연결되되, 의복(10)의 전면부에 길게 늘어 긴 형태와 구성을 가지고 있어 활동에 제약이 있으나, 본 발명은 호스 및 라인은 의복(10)의 후면을 통해 연결되고, 신축성 및 길이조절이 가능하여 자유로운 활동이 가능한 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 의복 20 : 헬멧 30 : 추력기
100 : 기체탱크
200 : 수소탱크
300 : 연료전지
310 : 양극 320 : 음극
400 : 전환시스템
500 : 물탱크
600 : 포집부
610 : 음극측 입력부 620 : 음극측 출력부
630 : 양극측 입력부 640 : 양극측 출력부
700 : 열교환기
800 : 연소부
900 : 통신부
1000 : 생명유지 장치

Claims (11)

  1. 산소를 포함하는 기체가 저장된 기체탱크,
    수소가 저장된 수소탱크,
    상기 기체탱크와 상기 수소탱크와 연결되고, 전력이 발생되는 연료전지,
    상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지에서 발생된 물을 저장하는 물탱크,
    상기 물탱크로부터 물을 전달받아 수소 및 산소를 생성하는 전환시스템, 및
    상기 연료전지로부터 이산화탄소를 전달받는 음극측 입력부, 이산화탄소가 포함된 기체가 배출되는 양극측 출력부를 포함하는 포집부
    를 포함하는 생명유지 장치.
  2. 외부 기체를 흡입하는 흡입부를 포함하는 기체탱크,
    수소가 저장된 수소탱크,
    상기 기체탱크와 상기 수소탱크와 연결되고, 전력이 발생되는 연료전지,
    상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지에서 발생된 물을 저장하는 물탱크,
    상기 물탱크로부터 물을 전달받아 수소 및 산소를 생성하는 전환시스템, 및
    상기 연료전지로부터 이산화탄소를 전달받는 음극측 입력부, 이산화탄소가 포함된 기체가 배출되는 양극측 출력부를 포함하는 포집부
    를 포함하는 생명유지 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 포집부는 의복과 연결되며, 의복으로부터 발생되는 이산화탄소를 포집하는 것을 특징으로 하는 생명유지 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 생명유지 장치는 상기 기체탱크 및 상기 수소탱크와 연결되고, 연소가스가 발생되는 연소부 및
    상기 연소부와 연결되고, 연소 가스가 분사되는 추력기를 포함하는 생명유지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포집부는 상기 연소부와 연결되고,
    상기 추력기는 이산화탄소와 연소가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 생명유지 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 포집부는 상기 양극측 출력부에서 배출된 이산화탄소를 상기 음극측 입력부로 재포집하는 것을 특징으로 하는 생명유지 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 생명유지 장치는 상기 연료전지에서 발생된 열을 회수하는 열교환기를 포함하고,
    상기 열교환기는 상기 물탱크에서 배출된 유체와 열교환되어 의복으로 열이 전달되는 것을 특징으로 하는 생명유지 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 생명유지 장치는 상기 연료전지에서 발생되는 열을 회수하는 열교환기 및 연료전지와 연결된 배터리를 포함하고,
    제어부는 연료전지에서 발생된 열과 상기 물탱크의 유체를 통해 배터리의 온도를 제어하는 온도조절 시스템을 포함하는 생명유지 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기체탱크 또는 상기 수소탱크는 상기 생명유지 장치로부터 탈부착되는 것을 특징으로 하는 생명유지 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 생명유지 장치는 의복과 연결되는 하나 이상의 연결관을 포함하고,
    상기 의복은 상기 기체탱크와 상기 포집부가 연결된 호흡보조장치를 포함하는 생명유지 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 생명유지 장치는 의복과 연결되는 하나 이상의 연결관을 포함하고,
    상기 연결관은 의복과 결합유무에 따라 길이조절이 가능한 것을 특징으로 하는 생명유지 장치.
KR1020220061234A 2022-05-19 2022-05-19 생명유지 장치 KR102649502B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220061234A KR102649502B1 (ko) 2022-05-19 2022-05-19 생명유지 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220061234A KR102649502B1 (ko) 2022-05-19 2022-05-19 생명유지 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230162822A KR20230162822A (ko) 2023-11-29
KR102649502B1 true KR102649502B1 (ko) 2024-03-22

Family

ID=88969383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220061234A KR102649502B1 (ko) 2022-05-19 2022-05-19 생명유지 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102649502B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3228244B2 (ja) 1998-10-26 2001-11-12 日本電気株式会社 Pll回路及びpll回路用チャージポンプ回路

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100899665B1 (ko) * 2007-01-17 2009-05-27 한국과학기술연구원 연료전지
KR102485476B1 (ko) * 2015-12-14 2023-01-05 현대모비스 주식회사 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 방법
KR102009957B1 (ko) * 2017-11-28 2019-08-12 경상대학교산학협력단 화재 대피용 방호복
JP3228244U (ja) * 2020-07-03 2020-10-15 株式会社健明 気体マスクセット

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3228244B2 (ja) 1998-10-26 2001-11-12 日本電気株式会社 Pll回路及びpll回路用チャージポンプ回路

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230162822A (ko) 2023-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7637263B2 (en) Method of controlling body temperature with an electrochemical device while providing on-demand power to an electrical device
EP1679984B1 (en) Autonomous garment with active thermal control and powered by solar cells
US6908702B2 (en) Fuel cell for airship power generation and heating
US20090291361A1 (en) Wearable power supply for soldiers
US20010000849A1 (en) Personal cooling apparatus and method
US10665884B2 (en) Flexible fuel cell power system
WO2019156631A1 (en) A portable fuel cell apparatus and system
JPH09213359A (ja) 機器搭載用燃料電池装置
KR102649502B1 (ko) 생명유지 장치
Burke Unitized regenerative fuel cell system development
CN108825378A (zh) 一种基于水蒸气等离子体的水下热电混合动力系统
US9160022B2 (en) Systems and methods providing a wearable power generator
US3875924A (en) Hydrazine fueled diver's heating system
EP1284516A2 (en) Supply device for use with a hydrogen source
CN111977031B (zh) 基于应急压力服的闭式生保系统
JP2016021277A (ja) 背負式電源
Scamans et al. Aluminum fuel cell power sources for long range unmanned underwater vehicles
FR2805340A1 (fr) Systeme de climatisation individuel pour un ou plusieurs pilotes de vehicules
CN211476882U (zh) 一种作战头盔
CN217275826U (zh) 一种高性能纤维防弹衣
RU2301480C2 (ru) Энергоустановка с электрохимическими генераторами
CN220764667U (zh) 一种电加热潜水头套
CN212738533U (zh) 一种卫星舱内压力控制装置
Terrier et al. High Performance Mars Liquid Cooling and Ventilation Garment Project
Richardson Research to Advance Extravehicular Protective Technology

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right