KR20160144773A

KR20160144773A - Energy Harvesting Airship

Info

Publication number: KR20160144773A
Application number: KR1020150081354A
Authority: KR
Inventors: 김동인; 김진영; 이선의; 정국현
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2016-12-19

Abstract

The present invention provides an energy harvesting airship which comprises: a balloon in which gas is filled to generate buoyancy; an RF energy harvesting unit having an RF receiving antenna arranged on a surface of the balloon; a solar cell unit having a solar cell arranged on a surface of the balloon; a power supply unit filled by the RF energy harvesting unit and electric energy harvested in the solar cell unit; and a heat emitting unit applied with electric energy from the power supply unit to heat the gas filled in the balloon.

Description

Energy Harvesting Airship

본 발명은 비행선 표면을 이용한 RF 에너지 하베스팅과 태양 에너지 하베스팅으로 초장기 체공이 가능한 에너지 하베스팅 비행선에 관한 것이다.
The present invention relates to an energy harvesting airship capable of performing an ultra long period of time by using RF energy harvesting and solar energy harvesting using an airship surface.

에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술은 주변에서 버려지는 에너지를 수확하여 사용 가능한 에너지로 변환하고 충전하여 이용하기 위한 기술로서, 전자 기기 등의 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 추가적인 에너지 공급 없이 주변의 에너지를 이용하여 전자 기기를 독립적으로 구동 가능하도록 하는 기술을 의미한다.Energy harvesting technology is a technology for harvesting and converting the waste energy from the surrounding area into usable energy, which can greatly improve the energy efficiency of electronic devices, Quot; refers to a technique for enabling electronic devices to be driven independently using energy of a power source.

에너지 하베스팅 기술의 예로는 태양광을 이용한 태양광 발전, 온도차에 의한 지벡(Zeeback) 효과를 이용하여 전기 에너지를 얻는 열전 발전, 주변의 진동이나 충격 등의 운동 에너지로부터 전기 에너지를 얻는 압전 발전, 인체의 움직임을 전기 에너지로 변환하는 기술 등이 있다. 에너지 하베스팅 기술은 CMOS 공정에 기반한 저전력소자기술의 발전과 무선센서 네트워크 개념의 도입으로 새로운 주목을 받고 있다.Examples of energy harvesting technologies include photovoltaic power generation using solar light, thermoelectric power generation using electric energy using Zeeback effect due to temperature difference, piezoelectric power generation using electric energy from kinetic energy such as vibration or impact, And a technique for converting the motion of a human body into electric energy. Energy harvesting technology is attracting new attention due to the development of low power device technology based on CMOS process and the introduction of wireless sensor network concept.

한편, 비행선은 기낭에 공기보다 가벼운 기체를 주입하여 기체로부터 양력의 대부분을 얻는 비행체로서, 프로펠러를 장착하여 수평 이동이 가능하게 된다. 비행선은 동력 없이 평형 상태를 유지할 수 있어 안정적이고 연료소모율이 낮다. 이러한 비행선의 공중에서의 안정성과 체공성 경제성을 인정받아 광고, 스포츠 중계, 운송산업 및 관측 분야 등에 폭넓게 활용되고 있다. 이러한 비행선은 장기간 머물면서 다양한 임무를 수행하기 위해서 안정적인 동력 공급이 필수적이다.
On the other hand, the airship is a flying body that injects light air into the air bag and obtains most of the lift from the air. The airship can maintain equilibrium without power and is stable and low in fuel consumption. These airships have been widely used in advertising, sports broadcasting, transportation industry, and observation fields because of their stability in air and economical efficiency. These airships are required to provide stable power supply for long term duties and various tasks.

대한민국 등록 특허 제10-1482609호 (공고일 : 2015.01.14)Korean Registered Patent No. 10-1482609 (Notification: 2015.01.14) 대한민국 공개 실용신안 제20-2005-0035601호 (공개일 : 2006.03.03)Korean Utility Model No. 20-2005-0035601 (Publication Date: Mar. 3, 2006) 대한민국 공개 특허 제10-2010-0131411호 (공개일 : 2010.12.15)Korean Patent Publication No. 10-2010-0131411 (published on Dec. 15, 2010)

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 간단하게 구현이 가능하고, 특히 RF 에너지 하베스팅과 태양 에너지 하베스팅을 함께 가능하게 하여 체공시간에 제한을 받지 않고 비행이 가능한 비행선을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide an airship which can be implemented simply, and enables RF energy harvesting and solar energy harvesting together to fly without being restricted by the time of flight.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 에너지 하베스팅 비행선은, According to an aspect of the present invention, there is provided an energy harvesting airship,

내부에 기체가 충전되어 부력을 발생시키는 벌룬;A balloon filled with gas to generate buoyancy;

상기 벌룬 표면에 배치되는 RF 수신 안테나를 포함하는 RF 에너지 하베스팅부;An RF energy harvesting unit including an RF receiving antenna disposed on the balloon surface;

상기 벌룬 표면에 배치되는 태양전지를 포함하는 태양전지부;A solar battery portion including a solar battery disposed on the surface of the balloon;

상기 RF 에너지 하베스팅부와 상기 태양전지부에서 하베스팅된 전기 에너지에 의해 충전되는 전원부;A power supply unit which is charged by the RF energy harvesting unit and the electric energy harvested at the solar battery unit;

상기 전원부에서 전기 에너지를 인가받아 상기 벌룬에 충전된 기체를 가열하는 발열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a heating unit that receives electric energy from the power unit and heats the gas filled in the balloon.

상기 RF 수신 안테나는 폴리머 박막위에 전도성 물질을 인쇄하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The RF receiving antenna is formed by printing a conductive material on a polymer thin film.

상기 RF 수신 안테나는 상기 벌룬 외표면에 전도성 물질을 인쇄하여 형성되는 것을 특징으로 한다.And the RF receiving antenna is formed by printing a conductive material on the outer surface of the balloon.

본 발명의 일 측면에 따른 에너지 하베스팅 비행선은 온도 센서와 압력 센서를 포함하는 센서부, 및 상기 센서부에서 입력되는 신호에 따라 온도 하강으로 상기 기낭의 부력이 설정값 이하로 하강한 것으로 판단하면 상기 전원부로부터 상기 발열부에 전원을 인가하는 컨트롤러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, an energy harvesting airship includes a sensor unit including a temperature sensor and a pressure sensor, and a control unit that, when it is determined that the buoyancy of the airbag has fallen below a set value due to a temperature fall in accordance with a signal input from the sensor unit And a controller for applying power to the heating unit from the power supply unit.

상기 컨트롤러는 상기 온도 센서의 감지 신호와 상기 압력 센서의 감지 신호에 따라 상기 기낭의 부력 감소가 온도 하강 값에 따른 설정 값이하인 것으로 판단하면, 기체 누출로 판단하는 것을 특징으로 한다.And the controller determines that the gas leakage occurs when it is determined that the buoyancy reduction of the air bag is equal to or lower than a set value according to the temperature fall value in accordance with the sensing signal of the temperature sensor and the sensing signal of the pressure sensor.

본 발명의 다른 측면에 따른 에너지 하베스팅 비행선의 제어 방법은,According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an energy harvesting airship,

a) 상기 RF 하베스팅부와 상기 태양전지부에서 하베스팅된 전기 에너지를 상기 전원부에 저장하는 단계;a) storing electric energy harvested in the RF harvesting part and the solar battery part in the power supply part;

b) 상기 센서부에서 입력되는 신호에 따라 온도 하강으로 상기 기낭의 부력이 설정값이하로 하강한 것으로 판단하는 단계;b) determining that the buoyant force of the air bladder has dropped below a predetermined value due to a temperature fall in accordance with a signal input from the sensor unit;

c) 상기 b) 단계에서 온도 하강으로 부력이 설정값 이하로 하강한 것으로 판단하면 상기 전원부로부터 상기 발열부에 전원을 인가하여 상기 기낭 내의 기체를 가열하는 단계;c) heating the gas in the air bag by applying power to the heating unit from the power supply unit when it is determined in the step b) that the buoyancy has dropped to a set value or less at a temperature lowering step;

d) 상기 c) 단계 수행 후 상기 센서부에서 입력되는 신호에 따라 상기 기낭의 부력이 설정값에 도달하면 상기 전원부로부터 상기 발열부에 인가되던 전원을 오프하는 단계; 및d) turning off the power applied to the heating unit from the power source unit when the buoyancy of the bag reaches a set value according to a signal input from the sensor unit after performing step c); And

e) 상기 b) 단계에서 부력이 설정값이하로 하강한 것이 온도와 관계 없는 것으로 판단되면 기체 누출 경고 신호를 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
and e) generating a gas leakage warning signal if it is determined that the buoyancy is lower than the set value in the step b), regardless of the temperature.

본 발명에 따른 RF 에너지 하베스팅 비행선을 사용하면 비행 시간을 획기적으로 향상시킬 수 있고 야간에도 에너지 하베스팅을 통해 비행선에 전기 에너지를 공급할 수 있는 장점이 있다.
The use of the RF energy harvesting airship according to the present invention has the advantage that the flight time can be drastically improved and the electric energy can be supplied to the airship through the energy harvesting at night.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선의 벌룬을 나타낸 개략도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선을 나타낸 개략도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선의 제어 블럭도, 및
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a schematic view of a balloon of an energy harvesting airship according to an embodiment of the present invention,
2 is a schematic view of an energy harvesting airship according to an embodiment of the present invention,
3 is a control block diagram of an energy harvesting airship according to an embodiment of the present invention, and
4 is a flowchart illustrating a method of controlling an energy harvesting airship according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선의 벌룬을 나타낸 개략도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선의 제어 블럭도이다. FIG. 1 is a schematic view showing a balloon of an energy harvesting airship according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic view showing an energy harvesting airship according to an embodiment of the present invention, FIG. Fig. 5 is a control block diagram of an energy harvesting airliner according to an example.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선의 벌룬(100)은, 태양전지(110)와 RF 수신 안테나(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a balloon 100 of an energy harvesting airship according to an exemplary embodiment of the present invention includes a solar cell 110 and an RF receiving antenna 120.

벌룬(100)은 내부에 헬륨과 같이 공기보다 가벼운 기체가 주입되어 부력을 발생시킨다. 기체가 충전되는 벌룬(100)의 부력으로 비행선의 체공시간을 확보할 수 있게 된다. 벌룬(100)은 내부에 기체가 주입되는 복수의 기낭을 포함하는 것이 안정성 강화를 위해 바람직하다. 벌룬(100)은 헬륨과 같은 주입 기체 누설이 적고, 고강도의 경량인 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 벌룬 소재는 강도 100kg/cm 이상, 무게 200g/m2 이하의 조건을 충족해야 한다. 벌룬(100) 외피는 카본 섬유나 폴리에스테르 합성섬유, 또는 이들의 복합 원단을 사용할 수 있다. 벌룬(100)의 체적이 클수록 큰 하중을 부양시킬 수 있으므로, 벌룬(100)의 체적은 결합하는 장비 등의 무게를 고려하여 결정할 수 있다. 벌룬(100)은 타원체로 형성되는 것이 바람직하고 벌룬 타원체의 표면 중 상면에는 태양전지(110)가 배치되고 측면에는 RF 수신 안테나(120)가 배치되는 것이 바람직하다.The balloon 100 is injected with gas that is lighter than air, such as helium, to generate buoyancy. The buoyancy of the balloon 100 to which the gas is charged makes it possible to secure the air time of the airship. It is preferable for the balloon 100 to include a plurality of air pockets into which gas is injected for enhancing stability. It is preferable that the balloon 100 is made of a material which is low in leakage of injected gas such as helium and light in weight and high in strength. The balloon material must meet the conditions of 100kg / cm or more in strength and 200g / m2 or less in weight. The envelope of the balloon 100 may be carbon fiber, polyester synthetic fiber, or composite fabric of these fibers. The larger the volume of the balloon 100, the larger the load can be floated, so that the volume of the balloon 100 can be determined in consideration of the weight of the equipment or the like to which the balloon 100 is attached. The balloon 100 is preferably formed of an ellipsoid, and the solar cell 110 is disposed on the upper surface of the balloon ellipsoid and the RF receiving antenna 120 is disposed on the side surface thereof.

RF 수신 안테나(120)는 별도의 폴리머 박막에 전도성 물질로 인쇄한 후 폴리머 박막을 벌룬(100) 외면에 부착하거나, 벌룬(100)을 구성하는 외피 표면에 직접 전도성 물질을 인쇄하여 안테나(120)를 구성할 수 있다. 벌룬(100)의 넓은 외피 표면에 안테나(120)의 패턴이 형성될 수 있으므로, 안테나(120)의 게인이 향상되어 하베스팅 효율이 높아진다. 안테나(120) 패턴은 FM 라디오 신호에서 레이더에 이르기까지의 공중 통신, 방송 등을 위하여 송출되는 전파를 수신할 수 있도록 설계된다. 태양 전지 만을 이용하는 비행선의 경우에는 태양이 존재하는 동안에만 에너지 하베스팅이 가능한 데 반해, 본 발명의 실시예에 따른 비행체는 태양 에너지와 함께 RF 신호를 하베스팅하여 전기에너지를 생성하므로, 그러한 제한이 없는 장점이 있다. RF 수신 안테나(120)는 RF-DC 컨버터에 연결되어 안테나(120)가 수신한 RF 신호가 DC로 변환되어 배터리(도면 중 미도시)로 인가된다.The RF receiving antenna 120 may be formed by printing a conductive material on a separate polymer thin film and attaching a polymer thin film to the outer surface of the balloon 100 or by printing a conductive material directly on the outer surface of the envelope 100, . Since the pattern of the antenna 120 can be formed on the large outer surface of the balloon 100, the gain of the antenna 120 is improved and the harvesting efficiency is enhanced. The pattern of the antenna 120 is designed to receive radio waves transmitted for public communication, broadcasting, etc. from the FM radio signal to the radar. In the case of an airship using only a solar cell, since the air vehicle according to the embodiment of the present invention generates electric energy by harvesting an RF signal together with solar energy, while the energy harvesting is possible only while the sun exists There is no advantage. The RF receiving antenna 120 is connected to the RF-DC converter so that the RF signal received by the antenna 120 is converted into DC and applied to a battery (not shown).

태양전지(110)는 광기전력 효과를 이용하여 빛에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서 결정형 실리콘 태양전지, 박막 태양 전지, 염료 감응 태양 전지 및 유기 태양 전지 등을 사용할 수 있다. 타원체 벌룬의 상면에 배치되는 태양전지(110)는 곡면인 타원체 상면에 배치될 수 있도록 유역 박막 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 태양 전지는 벌룬(100) 상면의 면적에 상응 하는 크기로 박막 모듈 형태로 제작되어 벌룬(100) 타원체 상면에 부착되는 것이 바람직하다. 태양전지(110)에서 발생한 직류 전력도 정류기 등을 거쳐 배터리에 충전된다. The solar cell 110 may be a crystalline silicon solar cell, a thin film solar cell, a dye-sensitized solar cell, an organic solar cell, or the like, which converts light energy into electric energy using the photovoltaic effect. The solar cell 110 disposed on the upper surface of the ellipsoidal balloon is preferably formed in the shape of a watershed thin film so as to be disposed on the upper surface of the curved ellipsoid. It is preferable that the solar cell according to the present invention is manufactured in the form of a thin film module having a size corresponding to the area of the top surface of the balloon 100 and attached to the top surface of the balloon 100. DC power generated in the solar cell 110 is also charged to the battery via a rectifier and the like.

벌룬(100)이 공중에 위치하는 동안 주간에는 벌룬(100) 상면에 배치된 태양 전지(110)를 이용해 태양으로부터의 빛에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전하는 한편, 공중에 존재하는 RF 신호를 RF 수신 안테나(120)가 수신하여 RF-DC 컨버터에 의해 DC로 변환되어 배터리에 저장된다. 야간과 같이 태양 전지(110)가 에너지 하베스팅을 할 수 없는 때에도, RF 수신 안테나(120)가 RF 신호를 수신하여 RF 에너지 하베스팅이 가능하므로, 시간 장소에 구애받지 않고 비행선에서 필요한 에너지를 공급할 수 있게 된다. RF-DC 컨버터와 태양전지(110)로부터 DC를 인가받는 배터리는 전기에너지가 고갈되지 않고 계속해서 에너지 하베스팅이 가능하므로 비행선의 작동과 관측 또는 통신에 필요한 전기 에너지를 제공하게 된다. 벌룬(100)에 안테나(120)와 태양전지(110)를 적용하므로 벌룬(100)의 큰 표면적을 이용할 수 있으므로 에너지 하베스팅 효율이 증대된다.While the balloon 100 is in the air, during the daytime, the solar battery 110 disposed on the balloon 100 is used to convert the light energy from the sun into electrical energy to charge the battery, while the RF signal Is received by the RF receiving antenna 120, converted into DC by the RF-DC converter, and stored in the battery. Even when the solar cell 110 can not perform the energy harvesting at night, the RF receiving antenna 120 can receive the RF signal and can harvest the RF energy, so that the energy required in the airship can be supplied regardless of the time . The RF-DC converter and the battery receiving the DC from the solar cell 110 are capable of energy harvesting without depletion of electrical energy, and thus provide the electrical energy necessary for the operation and observation or communication of the airship. Since the antenna 120 and the solar cell 110 are applied to the balloon 100, the large surface area of the balloon 100 can be utilized, and the energy harvesting efficiency is increased.

한편, 도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 에너지 하베스팅 비행선을 나타낸 개략도이다. 도 2를 참조하면, 도 1의 비행선 내부의 기낭에 설치되어 주입된 공기를 가열할 수 있는 발열소자(130)를 더 포함한다. 발열소자(130)에는 전술된 배터리가 연결되어 하베스팅된 에너지에 의해 충전된 전기에너지를 인가받아 기낭에 주입된 공기를 가열하여 기낭의 부력을 조절할 수 있다. 2 is a schematic view showing an energy harvesting airship according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the apparatus further includes a heating element 130 installed in the air bag inside the airship of FIG. 1 to heat the injected air. The buoyancy of the air bag can be controlled by heating the air injected into the air bag by receiving the electrical energy charged by the energy hobsted connected to the battery.

태양전지(110)와 RF 수신 안테나(120)를 이용한 에너지 하베스팅을 위한 장치 및 비행선의 구동을 위한 장치, 기타 계측 장치 등이 제어박스(200)에 탑재될 수 있다.An apparatus for energy harvesting using the solar cell 110 and the RF receiving antenna 120, an apparatus for driving an airship, and other measuring apparatuses may be mounted on the control box 200. [

도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선을 나타낸 제어 블럭도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 비행선의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 3 is a control block diagram illustrating an energy harvesting airship according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling an energy harvesting airship according to another embodiment of the present invention.

도시되는 바와 같이, 에너지 하베스팅 비행선의 제어 시스템은 태양 전지부(1100), RF 하베스팅부(1200), 전원부(1400), 발열부(1300), 구동부(1700), 센서부(1600), 컨트롤러(1500)를 포함한다. 태양전지부(1100)는 타원체 벌룬(100) 상면에 배치되는 태양전지(110)와 정전압 컨트롤러(도면중 미도시)를 포함하여 태양전지(110)에서 하베스팅된 전압을 충전 전압으로 변환하여 전원부(1400)의 배터리에 인가하게 된다. 정전압부는 정전압 소자인 레귤레이터를 사용할 수 있다. RF 하베스팅부(1200)는 타원체 벌룬(100)의 측면에 배치되는 RF 수신 안테나(120)와 RF 신호를 DC 신호로 변환하는 RF-DC 컨버터를 포함하여 하베스팅된 전압을 전원부(1400)의 배터리에 인가하게 된다. 발열부(1300)는 발열소자(130)를 포함하여 기낭에 충전되는 기체를 가열하할 수 있다. 센서부(1600)는 온도 센서, 기낭에 의한 부력 측정을 위한 압력 센서 또는 장력 센서, 고도 센서 등을 포함할 수 있다. 구동부(1700)는 프로펠러(도면중 미도시)를 포함하여, 비행선에 추진력을 제공한다. 프로펠러의 구동에 의해 비행선은 원하는 방향으로 수평 이동할 수 있다. 전원부(1400)는 충전과 방전이 가능한 2차 전지로 구성된 배터리를 포함한다. 배터리는 무게를 감안하여 리튬 이온 전지를 사용하는 것이 바람직하다. 전원부(1400)는 RF 하베스팅부(1200)와 태양전지부(1100)로부터 전기 에너지를 인가받아 충전되고, 발열부(1300), 구동부(1700), 센서부(1600), 컨트롤러(1500)에 연결되어 필요한 전기 에너지를 공급한다. 컨트롤러(1500)는 센서부(1600)에서 인가되는 신호에 따라 온도에 따라 기낭에 충전된 기체의 부피가 감소하여 부력이 감소한 것으로 판단되면, 발열부(1300)의 발열소자(130)를 이용하여 기낭 내에 충전된 기체를 가열하여 기낭이 팽창하여 적절한 부력을 유지하도록 조절할 수 있다. 컨트롤러(1500)는 센서부(1600)의 온도 센서와 압력 센서의 감지값을 이용하여 기낭에 충전된 기체의 유출을 판단할 수 있다. 즉, 온도가 감소하지 않은 상태에서 기낭의 부력이 감소한 경우, 기낭에서 충전된 기체가 유출된 것으로 판단할 수 있다. 기체의 유출이 설정값이상일 경우 경고 신호를 발신할 수 있다. 도면에 도시되지 않았지만 통신부를 더 포함하여 지상으로 관측 신호 등을 송신하고 제어 신호 등을 수신하도록 할 수 있다.As shown, the control system of the energy harvesting airship includes a solar battery 1100, an RF harvesting unit 1200, a power supply unit 1400, a heating unit 1300, a driving unit 1700, a sensor unit 1600, (1500). The solar cell unit 1100 includes a solar cell 110 disposed on the upper surface of the ellipsoidal balloon 100 and a constant voltage controller (not shown) to convert the voltage charged in the solar cell 110 to a charging voltage, To the battery of the battery 1400. The constant voltage section can use a regulator that is a constant voltage element. The RF harvesting unit 1200 includes an RF receiving antenna 120 disposed on a side surface of the ellipsoidal balloon 100 and an RF-DC converter for converting an RF signal into a DC signal. The RF harvesting unit 1200 converts the harvested voltage into a battery . The heating unit 1300 may include a heating element 130 to heat a gas filling the air bag. The sensor unit 1600 may include a temperature sensor, a pressure sensor or a tension sensor for buoyancy measurement by the air bag, an altitude sensor, and the like. The driver 1700 includes a propeller (not shown) to provide propulsive force to the airship. By driving propellers, the airship can move horizontally in the desired direction. The power supply unit 1400 includes a battery composed of a secondary battery that can be charged and discharged. It is preferable to use a lithium ion battery considering the weight of the battery. The power supply unit 1400 is charged with electric energy from the RF harvesting unit 1200 and the solar battery unit 1100 and connected to the heating unit 1300, the driving unit 1700, the sensor unit 1600, And supplies necessary electric energy. If it is determined that the volume of the gas filled in the air bag decreases and the buoyant force is decreased according to a signal applied from the sensor unit 1600, the controller 1500 uses the heating element 130 of the heating unit 1300 It is possible to heat the gas filled in the air bag so that the air bag expands to maintain proper buoyancy. The controller 1500 can determine the outflow of the gas filled in the bag using the sensed values of the temperature sensor and the pressure sensor of the sensor unit 1600. [ That is, if the buoyancy of the air bag decreases with the temperature not decreasing, it can be judged that the gas filled in the air bag is leaked. A warning signal can be issued when the outflow of gas is above the set value. Although not shown in the figure, a communication unit may be further included to transmit an observation signal or the like to the ground and receive a control signal or the like.

전술한 제어 시스템의 전자 장치는 비행선의 벌룬(100) 하측에 배치되는 제어박스(200) 내에 배치될 수 있다. 제어박스(200)에는 비행선의 비행 목적에 따라 필요한 장치가 탑재될 수 있고, 탑재되는 전자 장치는 에너지 하베스팅에 의해 충전된 배터리에서 필요한 전기 에너지를 인가받을 수 있다.The electronic device of the control system described above may be disposed in a control box 200 disposed below the balloon 100 of the airship. In the control box 200, a necessary device may be mounted according to the purpose of flying the airship, and the mounted electronic device may receive the necessary electric energy from the battery charged by the energy harvesting.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅 비행선을 사용하면 비행선에 지속적으로 전기에너지를 공급할 수 있는 장점이 있다.
The use of the energy harvesting airship according to the present invention has the advantage of continuously supplying electric energy to the airship.

100 : 벌룬 110 : 태양전지
120 : RF 수신 안테나 130 : 발열소자
200 : 제어박스 1100 : 태양전지부
1200 : RF 하베스팅부 1300 : 발열부
1400 : 전원부 1500 : 컨트롤러
1600 : 센서부 1700 : 구동부100: Balloon 110: Solar cell
120: RF receiving antenna 130: heating element
200: control box 1100:
1200: RF harvesting part 1300: heating part
1400: Power supply unit 1500: Controller
1600: sensor part 1700: driving part

Claims

A balloon filled with gas to generate buoyancy;
An RF energy harvesting unit including an RF receiving antenna disposed on the balloon surface;
A solar battery portion including a solar battery disposed on the surface of the balloon;
A power supply unit which is charged by the RF energy harvesting unit and the electric energy harvested at the solar battery unit;
And a heating unit that receives electric energy from the power unit and heats the gas filled in the balloon.

The method according to claim 1,
The RF receiving antenna is an energy harvesting airship formed by printing a conductive material on a polymer thin film.

The method according to claim 1,
Wherein the RF receiving antenna is formed by printing a conductive material on an outer surface of the balloon.

The method according to claim 1,
A sensor section including a temperature sensor and a pressure sensor, and
Further comprising a controller for applying power to the heating unit from the power source unit when it is determined that the buoyancy of the air cylinder falls below a set value due to a temperature drop according to a signal input from the sensor unit.

5. The method of claim 4,
Wherein the controller determines that the gas leakage is determined when it is determined that the buoyancy reduction of the air bag is equal to or lower than a set value according to a temperature fall value in accordance with a sensing signal of the temperature sensor and a sensing signal of the pressure sensor.

The control method for an energy harvesting airship according to claim 4,
a) storing electric energy harvested in the RF harvesting part and the solar battery part in the power supply part;
b) determining that the buoyant force of the air bladder has dropped below a predetermined value due to a temperature fall in accordance with a signal input from the sensor unit;
c) heating the gas in the air bag by applying power to the heating unit from the power supply unit when it is determined in the step b) that the buoyancy has dropped to a set value or less at a temperature lowering step;
d) turning off the power applied to the heating unit from the power source unit when the buoyancy of the bag reaches a set value according to a signal input from the sensor unit after performing step c); And
and e) generating a gas leakage warning signal if it is determined that the buoyancy is lower than a set value in the step b), regardless of the temperature.