KR20170007504A - Apparatus for energy management - Google Patents
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Abstract
본 발명의 에너지 관리 장치는 물을 전기 분해해서 수소를 생성하는 생성부; 상기 수소를 연료로 사용하는 내연 기관인 수소 엔진; 및 상기 수소 엔진에 연결된 제1 발전기;를 포함할 수 있다.The energy management apparatus of the present invention includes: a generator for generating hydrogen by electrolyzing water; A hydrogen engine that is an internal combustion engine using the hydrogen as fuel; And a first generator connected to the hydrogen engine.
Description
본 발명은 친환경적인 전기 에너지를 생산하는 에너지 관리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy management device for producing environmentally friendly electric energy.
근래 각종 에너지를 생성하는 에너지 자원의 고갈 문제, 에너지 자원의 소비 과정에서 유발되는 환경 오염 문제가 심각하게 대두되고 있다.In recent years, problems of depletion of energy resources, which generate various kinds of energy, and environmental pollution caused by the consumption of energy resources, have become serious.
이러한 문제를 해소하는 방안으로 버려지는 에너지를 활용하는 연구가 이루어지고 있다.Research has been conducted to utilize the abandoned energy as a solution to this problem.
한국등록특허공보 제1142595호에는 전기를 소모하는 전기/전자 장치의 구동시 전기를 효율적으로 제공함으로써 전기/전자 장치의 사용에 따른 비용을 절감하는 기술이 개시되고 있다. 그러나 버려지는 에너지를 활용하는 방안은 제시되지 않고 있다.Korean Patent Registration No. 1142595 discloses a technology for efficiently providing electricity when driving an electric / electronic device consuming electricity, thereby reducing the cost of using the electric / electronic device. However, there is no suggestion to utilize the abandoned energy.
본 발명은 버려지는 에너지 자원으로 많은 양의 전기 에너지를 생산하는 에너지 관리 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is intended to provide an energy management apparatus that produces a large amount of electrical energy with abandoned energy resources.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed. Other objects, which will be apparent to those skilled in the art, It will be possible.
본 발명의 에너지 관리 장치는 물을 전기 분해해서 수소를 생성하는 생성부; 상기 수소를 연료로 사용하는 내연 기관인 수소 엔진; 상기 수소 엔진에 연결된 제1 발전기; 및 상기 제1 발전기로부터 생산된 제1 전기를 관리하는 관리부;를 포함할 수 있다.The energy management apparatus of the present invention includes: a generator for generating hydrogen by electrolyzing water; A hydrogen engine that is an internal combustion engine using the hydrogen as fuel; A first generator connected to the hydrogen engine; And a management unit for managing the first electricity generated from the first generator.
본 발명의 에너지 관리 장치는 태양열 또는 태양광을 수집하는 수집부; 상기 수집부에서 수집된 열로 구동되는 스털링 엔진; 및 상기 스털링 엔진에 연결된 제2 발전기;를 포함할 수 있다.The energy management apparatus of the present invention includes a collecting unit for collecting solar heat or sunlight; A heat-driven Stirling engine collected in the collector; And a second generator connected to the Stirling engine.
본 발명의 에너지 관리 장치는 수소를 연료로 사용하는 수소 내연 기관을 이용해서 많은 전기 에너지를 생산할 수 있다.The energy management apparatus of the present invention can produce a large amount of electric energy by using a hydrogen internal combustion engine using hydrogen as fuel.
아울러, 수소 내연 기관의 구동에 필요한 동력은 버려지는 에너지에 해당하는 태양열 또는 태양광 등이 이용될 수 있다.In addition, the power required for driving the hydrogen internal combustion engine may be solar heat or solar light corresponding to the discarded energy.
구체적으로 버려지는 태양열 또는 태양광 에너지를 이용해 생산된 전력으로 물을 전기 분해하고, 전기 분해로 발생된 수소로 수소 내연 기관을 돌려서 보다 많은 양의 전력을 획득할 수 있다.Specifically, water can be electrolyzed with electric power produced by using abandoned solar or photovoltaic energy, and more power can be obtained by turning the hydrogen internal combustion engine with hydrogen generated by electrolysis.
또한, 수소 내연 기관으로부터 전기가 생산된 후에는 해당 전기 중 일부를 수소 내연 기관의 연료에 해당하는 수소의 생성에 이용함으로써, 이론적으로 무한대의 전기를 생산할 수 있다.Further, after electricity is produced from the hydrogen internal combustion engine, some of the electricity can be used for generating hydrogen corresponding to the fuel of the hydrogen internal combustion engine, thereby theoretically producing unlimited amount of electricity.
도 1은 본 발명의 에너지 관리 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 생성부에서 이루어지는 전기 분해를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 에너지 관리 장치를 구성하는 생성부를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 전극을 나타낸 개략도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 에너지 관리 장치를 나타낸 개략도이다.1 is a block diagram showing an energy management apparatus according to the present invention.
Fig. 2 is a schematic diagram showing the electrolysis in the generator; Fig.
Fig. 3 is a schematic view showing a generation unit constituting the energy management apparatus of the present invention. Fig.
4 is a schematic view showing the electrode of the present invention.
Figures 5 and 6 are schematic diagrams illustrating other energy management devices of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. Definitions of these terms should be based on the content of this specification.
도 1은 본 발명의 에너지 관리 장치를 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram showing an energy management apparatus according to the present invention.
도 1에 도시된 에너지 관리 장치는 생성부(130), 수소 엔진(150), 제1 발전기(170) 및 관리부(190)를 포함할 수 있다.1 may include a
수소 엔진(150)은 수소를 연료로 사용하는 내연 기관일 수 있다.The
내연 기관은 공기 등의 산화제와 연료를 연소실에서 연소시켜 에너지를 얻는 기관일 수 있다. 연소실에서 연소되는 연료와 산화제의 발열 반응으로 인해 높은 온도와 압력의 기체가 생성되어 엔진의 피스톤 및 축차가 움직이게 하여 엔진을 가동시킨다. 내연기관의 이러한 작동 방식은 기관 외부의 열을 이용하는 증기기관이나 스털링 기관과 같은 외연기관과 대조적이다. 대부분의 내연기관은 피스톤 운동을 통해 구동력을 얻는다. 그러나, 반켈 엔진과 같이 회전 운동을 통해 구동력을 얻는 경우도 있다.The internal combustion engine may be an oxidizing agent such as air and an engine that burns fuel in the combustion chamber to obtain energy. Due to the exothermic reaction of the fuel burned in the combustion chamber and the oxidizer, gas of high temperature and pressure is generated, and the piston and the spark of the engine are moved to start the engine. This manner of operation of the internal combustion engine is in contrast to steam engines that utilize heat outside the engine or external combustion engines such as Stirling engines. Most internal combustion engines acquire driving force through piston motion. However, there are cases where the driving force is obtained through rotational motion like a Wankel engine.
내연 기관은 일예로 4행정 기관을 포함할 수 있다. 4행정 기관은 흡입, 압축 폭발, 배기의 순으로 구동될 수 있다.The internal combustion engine may include, for example, a four-stroke engine. The four-stroke engine can be driven in the following order: suction, compression explosion, and exhaust.
흡입 공정은 연료와 산화제를 실린더 안으로 받아들이는 공정일 수 있다.The inhalation process may be a process that receives the fuel and the oxidant into the cylinder.
압축 공정은 실린더 안의 연료와 산화제의 혼합물이 피스톤에 의해 압축되는 공정일 수 있다.The compression process may be a process in which the mixture of fuel and oxidant in the cylinder is compressed by the piston.
폭발 공정은 압축된 혼합물이 전기 방전 또는 강한 압축에 의해 점화되어 급격한 발열 반응이 일어나는 공정일 수 있다. 이때 발생하는 기체의 팽창으로 기관을 움직이는 힘이 생성된다.The explosion process may be a process in which the compressed mixture is ignited by electric discharge or strong compression to cause a rapid exothermic reaction. At this time, the expansion of the gas causes a force to move the organ.
배기 공정은 반응이 완료된 기체가 실린더 밖으로 배출되는 공정일 수 있다.The exhaust process may be a process in which the gas having undergone the reaction is discharged out of the cylinder.
내연 기관에 해당하는 수소 엔진(150)이 정상적으로 구동하기 위해서는 원료에 해당하는 수소가 필요하다.In order for the
대기 중의 공기에는 수소가 포함되기는 하나, 대부분, 질소와 산소로 구성되므로, 별도로 수소를 제공하는 수단이 요구된다. 이러한 수단으로 생성부(130)가 이용될 수 있다.Air in the atmosphere contains hydrogen, but mostly consists of nitrogen and oxygen, and means for separately providing hydrogen is required. By this means, the generating
생성부(130)는 물을 전기 분해해서 수소를 생성할 수 있다. 그리고, 생성부(130)에서 생성된 수소는 수소 엔진(150)에 제공될 수 있다.The
제1 발전기(170)는 수소 엔진(150)에 연결된 요소로, 구체적으로 수소 엔진(150)의 4행정 구동시 회전하는 축에 링크될 수 있다. 이에 따라 수소를 원료로 하여 수소 엔진(150)이 구동되면 제1 발전기(170)의 축이 회전하고, 제1 발전기(170)로부터 전기가 출력될 수 있다.The
생성부(130)에서 생산된 수소가 직접 수소 엔진(150)으로 유입될 경우, 수소 엔진(150)으로 공급되는 수소의 양을 일정하게 유지하기 어려울 수 있다. 또한, 수소 엔진(150)이 정지된 후 제가동시 수소의 공급을 위해 생성부(130)가 먼저 동작하는 불편함이 예상된다. 이러한, 문제를 해소하기 위해 본 발명의 에너지 관리 장치에는 수소 용기(143)가 마련될 수 있다.It may be difficult to keep the amount of hydrogen supplied to the
수소 용기(143)는 생성부(130)와 수소 엔진(150)의 사이에 배치되며, 생성부(130)에서 생성된 수소가 저장될 수 있다. 수소 용기(143)는 고압의 수소를 안전하게 보관하기 위해 내압 설계된 구조로 형성될 수 있다. 이렇게 수소 용기(143)가 마련된 경우 수소 엔진(150)에는 생성부(130)에서 생성된 수소가 바로 공급되는 것이 아니라, 수소 용기(143)에 저장된 수소가 공급될 수 있다.The
수소 용기(143)에 따르면, 수소 엔진(150)으로 공급된 수소의 양을 일정하게 유지할 수 있으며, 수소 용기(143)에 수소가 저장된 상태라면, 생성부(130)의 구동과 상관없이 수소 엔진(150)이 동작할 수 있다. 즉, 수소 용기(143)에 연결된 수소 엔진(150)의 생성부(130)의 구동 여부에 구애받지 않고, 수소 용기(143)에 저장된 수소에 의해 구동이 결정될 수 있다.According to the
생성부(130)는 수용 용기에 저장된 수소의 양이 설정값 이하이면 구동될 수 있다. 수용 용기에 저장된 수소가 포화 상태이면 생성부(130)가 동작하더라도 수소 용기(143)에는 더이상의 수소가 저장되기 어렵다. 그러나, 설정값 이하의 수소량인 경우에만 생성부(130)가 구동되므로, 생성부(130)에서 불필요하게 전력과 물을 소비하는 현상을 방지할 수 있다.The generating
생성부(130)에서 전기 분해에 의해 생성되는 기체는 수소 외에도 산소와 수증기를 포함할 수 있다. 이때, 수소와 산소는 전극(133)의 극성에 따라 분리 수거가 가능하더라도, 수증기는 극성에 따라 분리하기 어렵다. 수증기를 제거하기 위해 생성부(130)와 수소 용기(143)의 사이에 냉각 트랩(141)이 개재될 수 있다.The gas generated by the electrolysis in the
냉각 트랩(141)은 생성부(130)로부터 유입된 기체를 냉각시켜 기체에 포함된 수증기와 수소를 분리할 수 있다. 일예로, 중력 방향 상으로 수소 용기(143)가 냉각 트랩(141)의 위에 배치되면, 수소를 통과하면서 냉각된 수증기는 물로 변해서 위에 위치한 냉각 트랩(141)으로 올라가지 못하고 아래로 떨어지거나 냉각 트랩(141)에 머무르게 된다. 반면, 수소는 위로 올라가 수소 용기(143)에 수용될 수 있다.The
냉각 트랩(141)에서 수증기가 액화된 물이 냉각 트랩(141)에 머무르지 않고 아래로 떨어지도록, 밀폐 용기(131)에 연결된 출력관(135)과 냉각 트랩(141) 사이에는 U 자형 트랩관이 마련될 수 있다. 이에 따르면, 냉각 트랩(141)에서 생성된 물은 U 자형 트랩관에 모이게 되고, 해당 U 자형 트랩관에 연결된 드레인 밸브를 통해 외부로 배출될 수 있다.A U-shaped trap pipe (not shown) is interposed between the cooling
한편, 수소를 저장하는 수소 용기(143)는 안전성을 고려하여 냉각 트랩(141)에서 분리된 수소를 저압 상태로 저장할 수 있다. 저압 상태로 수소를 저장하기 위해 수소 용기(143)에는 다공성 카본 메탈 적층체(Laminated carbon metal porous)가 마련될 수 있다. 다공성 카본 메탈 적층체는 기체의 압력을 서로 상쇄시키는 구조로 제작되어진, 원통의 Gas tank 내에, Gas를 저장하기 좋은 표면적이 최대한 넓게 다공성으로 제작되어진 카본 금속막이 연속적으로 적층된 것일 수 있다.On the other hand, in view of safety, the
본 발명에 따르면, 산소가 저장되는 산소 용기(144)가 마련될 수 있다. 이때, 냉각 트랩(142)은 산소 용기와 밀폐 용기 사이에도 추가로 마련될 수 있다.According to the present invention, an
수소 용기(143)에 저장되고 수소 엔진(150)이 동작될 정도의 저압의 수소는 IGS(integrated gas delivery system)에 내장된 MFC(Mass Flow Controller)를 통해 수소 엔진(150)으로 분사될 수 있다. 필요한 경우 제1 발전기(170)의 출력단 또는 배터리(191)의 출력단에는 DC 전기를 AC 전기로 변환하는 인버터가 마련될 수 있다.Low-pressure hydrogen stored in the
수소 용기(143)의 압력이 설정값, 예를 들어 10기압 이상이 되면, 전극(133)으로 제공되는 전원이 차단될 수 있다. 이에 따르면, 수소 용기(143)의 폭발 사고 등을 방지할 수 있다.When the pressure of the
도 2는 생성부(130)에서 이루어지는 전기 분해를 나타낸 개략도이다.2 is a schematic diagram showing the electrolysis performed in the
생성부(130)에는 물을 전기 분해시키는 전극(133)이 마련될 수 있다.The generating
이때, 양의 전극(133) +에서는 산소(O2)가 발생되고, 음의 전극(133) -에서는 수소(H2)가 발생된다.At this time, oxygen (O 2 ) is generated in the
수소 또는 산소는 발생 과정뿐만 아니라 수거 과정도 중요하다. 수거가 잘못되면 -극 측에서 수거된 수소에 산소가 포함되거나, +극 측에서 수거된 산소에 수소가 포함될 수 있다.Hydrogen or oxygen is important not only in the generation process but also in the collection process. If the collection is wrong - the hydrogen collected on the pole side may contain oxygen, or the oxygen collected on the + pole side may contain hydrogen.
수소와 산소의 확실한 수고를 위해 본 발명에서는 새로운 구조의 전극(133) 또는 가이드(147)를 제시한다.In order to reliably handle hydrogen and oxygen, the
도 3은 본 발명의 에너지 관리 장치를 구성하는 생성부(130)를 나타낸 개략도이고, 도 4는 본 발명의 전극(133)을 나타낸 개략도이다.FIG. 3 is a schematic view showing a
도 3 및 도 4 (a)에 도시된 전극(133)은 수소 또는 산소가 유동되는 유로가 형성된 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 다시말해 전반적으로 중공을 갖는 관 형상을 취할 수 있다. 또한, 전극(133)은 중력의 반대 방향으로 갈수록 유로의 단면적이 감소할 수 있다. 이에 따르면, 전극(133)의 전반적인 형상은 나팔 모양의 깔때기를 거꾸로 뒤집어 놓은 것과 유사할 수 있다.The
아울러, 단면적이 감소된 전극(133)의 일단에는 수소 또는 산소의 출력관(135)이 연결될 수 있다. 전극(133) 자체가 깔대기 형상으로 형성되므로, 적어도 전극(133)의 내부에 마련된 유로에서 생성된 수소 또는 산소는 단부에 연결된 출력관(135)으로 확실하게 유도될 수 있다.In addition, an
다만, 전극(133)과 출력관(135)의 사이에는 수소 또는 산소의 유로가 되는 동시에 전극(133)과 출력관(135)을 전기적으로 차단시키는 절연관(149)이 마련되는 것이 좋다. 같은 맥락으로 전극(133)와 밀폐 용기(131)의 사이에도 절연체(136)가 개재되는 것이 좋다.It is preferable that an insulating joint 149 is provided between the
한편, 기존의 전극(133)을 그대로 사용하기 위해 도 4 (b)와 같이 별도의 가이드(147)가 이용될 수 있다.Meanwhile, in order to use the
가이드(147)는 물(10)을 전기 분해시키는 전극(133)을 덮을 수 있다. 그리고, 가이드(147)에는 중력의 반대 방향으로 갈수록 단면적이 감소하는 수소 또는 산소의 유로가 마련될 수 있다. 아울러, 가이드(147)에서 단면적이 감소된 일단에는 수소가 출력되는 출력관(135)이 연결될 수 있다.The
생성부(130)에는 물(10)이 저장된 물 용기(139)가 마련될 수 있다. 이때, 물 용기(139)의 물(10)은 전기 분해가 이루어지는 밀폐 용기(131)로 투입될 수 있다. 또한, 생성부(130)에는 물 용기(139)와 밀폐 용기(131)를 연결하는 입력관(138), 밀폐 용기(131)의 내부 공간에 설치되고 물을 전기 분해시키는 전극(133)이 마련될 수 있다. 밀폐 용기(131)에는 가스 드레인 밸브(134)와 물 드레인 밸브(132)가 마련될 수 있다.The generating
이때, 물 용기(139)의 물이 중력에 의해 밀폐 용기(131)로 투입되도록 물 용기(139)는 중력 방향 상으로 밀폐 용기(131)의 위에 배치될 수 있다. 이에 따르면, 물 용기(139)와 밀폐 용기(131)를 연결하는 입력관(138)에 입력 밸브(137)가 마련되고, 입력 밸브(137)의 조절에 따라 밀폐 용기(131)로 투입되는 물의 양이 조절될 수 있다. 즉, 물을 유동시키는 별도의 구동원 없이 입력 밸브(137)만으로 물의 유동을 제어할 수 있다.At this time, the
입력관(138)의 일단은 밀폐 용기(131)의 천장에 형성된 토출구에 연결될 수 있다. 이에 따르면, 토출구로부터 출력된 물은 중력 방향을 따라 낙하하게 된다. 이렇게 낙하하는 물이 전극(133)에 접촉하도록 하면 확실하게 전기 분해가 이루어질 수 있다. 이를 위해 평면상으로 토출구의 위치와 전극(133)위 위치는 서로 겹치는 것이 바람직하다.One end of the
한편, 본 발명의 에너지 관리 장치에는 전기 분해에 의해 생성된 수소가 저장되는 수소 용기(143)뿐만 아니라 전기 분해에 의해 생성된 산소가 저장되는 산소 용기(144)가 마련될 수 있다. 그리고, 수소 엔진(150)에는 수소 용기(143)에 저장된 수소와 산소 용기(144)에 저장된 산소가 공급될 수 있다. 수소 엔진(150)의 정상적인 구동을 위해서는 수소 외에도 산소가 요구되는데, 이때의 산소 역시 생성부(130)로부터 제공될 수 있다.Meanwhile, the energy management apparatus of the present invention may be provided with an
또한, 산소 용기(144)에 저장된 산소는 수소 엔진(150) 외의 다른 용도로도 이용될 수 있다.The oxygen stored in the
한편, 수소 엔진(150)에 연결된 제1 발전기(170)에서는 제1 전기(e)가 생산될 수 있다. 이때, 생성부(130)는 전기 분해의 전원으로 제1 전기를 직접 이용하거나, 제1 전기가 충전된 배터리(191)의 충전 전기를 이용할 수 있다.On the other hand, in the
이상의 구성을 살펴보면, 초기 기동시 수소 용기(143)에 수소가 저장된 상태라면 수소 엔진(150)은 동작할 수 있다. 그리고, 일단 수소 엔진(150)이 동작하면 수소 엔진(150)에 연결된 제1 발전기(170)로부터 제1 전기가 출력되므로, 해당 제1 전기를 이용해 생성부(130)에서 수소가 생성될 수 있다.The
그런데, 수소 용기(143)에 저장된 수소가 없다면 수소 엔진(150)은 동작할 수 없다. 그러면, 동작에 필요한 수소를 생성하는 생성부(130)가 동작해야 하는데 배터리(191)에 저장된 전기가 없다면 생성부(130) 역시 동작할 수 없다. 이러한 경우를 대비하여 에너지 관리 장치에는 제공부(110)가 마련될 수 있다.However, if there is no hydrogen stored in the
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 에너지 관리 장치를 나타낸 개략도이다. 도 5와 도 6에 개시된 에너지 관리 장치는 제공부(110)일 수 있다.Figures 5 and 6 are schematic diagrams illustrating other energy management devices of the present invention. The energy management apparatus disclosed in Figs. 5 and 6 may be the
제공부(110)는 전기 분해의 전원으로 이용되는 제2 전기(e)를 제공할 수 있다. 제공부(110)에는 열 에너지를 운도 에너지로 변환하는 스털링 엔진(118), 스털링 엔진(118)에 의해 구동되고 제2 전기를 생산하는 제2 발전기(119)가 마련될 수 있다. 스털링 엔진(118)의 구동에는 열이 필요한데, 해당 열을 제공하기 위해 제공부(110)에는 태양열 또는 태양광을 스털링 엔진(118)에 집중시켜 열 에너지를 생성하는 오목 거울 또는 볼록 렌즈 등과 같이 태양열 또는 태양광을 수집하는 수집부(115)가 마련될 수 있다.The
오목 거울 또는 볼록 렌즈는 태양열 또는 태양광을 촛점에 집중시켜 태양열 또는 태양광을 태양열 또는 태양광로 변환할 수 있다. 스털링 엔진(118)에는 수집부(115)의 촛점에 배치되는 제1 실린더부(111), 제1 실린더부(111)에 유로가 연결된 제2 실린더부(112), 제1 실린더부(111)의 제1 피스톤(미도시)과 제2 실린더부(112)의 제2 피스톤(미도시)에 연결된 웜 기어 등의 링크부(116)가 마련될 수 있다.A concave mirror or convex lens can focus solar or solar light on a focal point and convert solar heat or sunlight to solar heat or solar light. The
그리고, 링크부(116)는 제2 발전기(119)의 회전축(121)에 연결될 수 있다.The
제1 실린더부(111)에는 기체 등의 유체가 수용되고, 해당 유체는 유로가 형성된 연결관(113)을 통해 제2 실린더부(112)와 소통될 수 있다.A fluid such as a gas is received in the
한편, 태양열 또는 태양광을 수집하기 위해 수집부(115)의 광축은 태양을 추종하는 것이 좋다. 그런데, 시간에 따라 태양의 위치가 변하므로, 에너지 관리 장치에는 회전부(114)가 마련될 수 있다.On the other hand, in order to collect solar heat or sunlight, the optical axis of the collecting
회전부(114)는 태양의 움직임에 따라 수집부(115)를 회전시킬 수 있다. 이에 따르면, 수집부(115)의 광축은 태양을 추종할 수 있으며, 광축 상에 존재하는 촛점에 태양열 또는 태양광을 집중시킬 수 있다. 회전부(114)에는 태양열 또는 태양광의 광량을 측정하는 2개의 센서가 마련될 수 있다. 회전부(114)는 2개의 센서로부터 출력된 광량에 따라 수집부(115)를 회전시킬 수 있다.The
휴대가 가능하도록 구성하기 위해 스털링 엔진(118)의 보호 구조가 요구된다. 이를 위해 오목 거울의 경우 오목 거울로부터 스털링 엔진(118)이 돌출되므로, 스털링 엔진(118)에 외부 충격이 인가되기 쉽다. 스털링 엔진(118)의 보호를 위해 스털링 엔진(118)의 측면에는 수집부(115)의 광축 방향을 따라 연장되는 복수의 보호대(117)가 마련될 수 있다. 그리고, 수집부(115)는 보호대(117)의 단부에 설치될 수 있다. 이때, 수집부(115)는 제1 실린더부(111)의 위치를 촛점으로 하기 위해 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.A protective structure of the
이러한 구성에 따르면, 스털링 엔진(118)은 볼록 렌즈와 보호대(117)에 의해 보호될 수 있다.According to this configuration, the
열 에너지가 제공되면 스털링 엔진(118)이 구동하고, 스털링 엔진(118)에 연결된 제2 발전기(119)는 제2 전기를 생산할 수 있다. 이때의 제2 전기는 생성부(130)의 전기 분해에 이용되며, 제공부(110)는 생성부(130)에 제공되고 남은 잉여분의 제2 전기를 배터리(191)에 저장할 수 있다. 이때의 배터리(191)에는 제1 전기와 제2 전기가 함께 저장될 수 있다.When thermal energy is provided, the
제2 발전기(119)로부터 출력되는 제2 전기가 충분하지 않을 경우를 대비하여, 제2 발전기(119)로부터 출력되는 제2 전기를 증폭시키는 증폭 수단이 마련될 수 있다. 이때, 증폭 수단에는 제2 전기를 이용해 물을 전기 분해해서 수소를 생성하는 생성부(130), 수소를 연료로 사용하는 내연 기관인 수소 엔진(150), 수소 엔진(150)에 연결된 제1 발전기(170)가 마련될 수 있다. 제1 발전기(170)로부터 출력되는 제1 전기는 제2 전기보다 크므로, 제2 전기가 증폭되는 셈이 된다.An amplifying means for amplifying the second electricity output from the
물 1mol에 2F의 전기(2F=96521.9×2C=53.6A.h)를 인가하면, 수소 1mol(=22.4ℓ)과 산소 1/2mol이 발생할 수 있다. 표준상태의 수소 1Nm3 제조에 소요되는 전기량은 2,392A.h/Nm3이고, 또한 이상적인 전기분해에 필요한 이상적인 이론 전압은 1.23V이다. 전기분해에 필요한 전기에너지는 전압×전기량인데, 이론적인 전기 분해 전압은 조건에 따라 변할 수 있다. 예를 들면 상압, 80℃, 20% NaOH 수용액의 알카리 수전해의 경우 이론 전해전압은 1.184 V이다. 그리고, 50 기압, 80℃, 30% KOH 수용액 알카리 수전해의 경우 이론 전해전압은 1.277 V이다. 이 정도의 전해 전압은 스털링 엔진(118)에서 충분하게 제공될 수 있다.When 2F of electricity (2F = 96521.9 × 2C = 53.6Ah) is applied to 1 mol of water, 1 mol of hydrogen (= 22.4 liters) and 1/2 mol of oxygen may be generated. The electricity required to produce 1 Nm 3 of hydrogen in the standard state is 2,392 Ah / Nm 3 , and the ideal theoretical voltage required for ideal electrolysis is 1.23 V. The electrical energy required for electrolysis is voltage x electricity, and the theoretical electrolysis voltage may vary depending on the conditions. For example, at alkaline water electrolysis at normal pressure, 80 ° C, 20% NaOH aqueous solution, the theoretical electrolytic voltage is 1.184 V. In the case of alkaline water electrolysis at 50 atm, 80 ° C and 30% KOH aqueous solution, the theoretical electrolytic voltage is 1.277 V. This level of electrolytic voltage can be sufficiently provided in the
에너지 관리 장치에는 제1 발전기(170)로부터 생산된 제1 전기를 관리하는 관리부(190)가 마련될 수 있다. 이때, 관리부(190)에는 제1 전기가 저장되는 배터리(191)가 마련될 수 있다.The energy management apparatus may be provided with a
관리부(190)는 초기 구동시 수소 용기(143)를 체크할 수 있다. 그리고, 수소 용기(143)에 수소 엔진(150)의 초기 구동에 필요한 수소가 존재하면 수소 엔진(150)으로 수소 용기(143)의 수소를 공급할 수 있다. 만약, 수소 용기(143)에 수소 엔진(150)의 초기 구동에 필요한 수소가 없으면, 관리부(190)는 배터리(191)를 체크하고, 생성부(130)의 초기 전기 분해에 필요한 전기가 존재하면 배터리(191)의 전기를 생성부(130)로 공급할 수 있다.The
관리부(190)는 만약 초기 전기 분해에 필요한 전기가 배터리(191)에 없으면, 제공부(110)를 구동시키고 제2 전기를 생성부(130)에 공급할 수 있다.The
이상에서 설명된 에너지 관리 장치는 태양열 또는 태양광, 물과 같은 완전한 재생 에너지를 이용한 자가 발전 시스템일 수 있다.The energy management apparatus described above may be a self-generating system using solar energy, complete renewable energy such as sunlight, and water.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
10...물
110...제공부
111...제1 실린더부
112...제2 실린더부
113...연결관
114...회전부
115...수집부
116...링크부
117...보호대
118...스털링 엔진
119...제2 발전기
121...회전축
130...생성부
131...밀폐 용기
132...물 드레인 밸브
133...전극
134...가스 드레인 밸브
135...출력관
136...절연체
137...입력 밸브
138...입력관
139...물 용기
141, 142...냉각 트랩
143...수소 용기
144...산소 용기
147...가이드
150...수소 엔진
170...제1 발전기
190...관리부
191...배터리10 ...
111 ...
113 ...
115 ... collecting
117 ...
119 ...
130 ...
132 ...
134 ...
136 ...
138 ...
141, 142 ... cooling
144 ...
150 ...
190 ...
Claims (12)
상기 스털링 엔진에 의해 구동되고 제2 전기를 생산하는 제2 발전기;
상기 제2 발전기에서 생산된 상기 제2 전기를 전원으로 이용하여 물을 전기 분해해서 수소를 생성하는 생성부;
상기 생성부에서 생성된 상기 수소를 연료로 사용하는 내연 기관인 수소 엔진; 및
상기 수소 엔진에 연결되고 상기 수소 엔진에 의해 제1 전기를 생산하는 제1 발전기;
상기 생성부에서 생성된 수소가 저장되는 수소 용기;
상기 제1 발전기로부터 생산된 상기 제1 전기를 관리하는 관리부;를 포함하고,
상기 제1 전기가 생산되면, 상기 전기 분해의 전원으로 상기 제1 전기 또는 상기 제2 전기가 이용되며,
상기 관리부는 초기 구동시 상기 수소 용기를 체크하고, 상기 수소 용기에 상기 수소 엔진의 초기 구동에 필요한 수소가 존재하면 상기 수소를 상기 수소 엔진으로 공급하며,
상기 관리부는 상기 수소 용기에 상기 수소 엔진의 초기 구동에 필요한 수소가 없으면, 상기 스털링 엔진을 구동하여 상기 제2 전기를 생성해서 상기 생성부에 제공하거나, 배터리에 저장된 상기 제1 전기를 상기 생성부에 제공하는 에너지 관리 장치.
A Stirling engine that converts solar energy into kinetic energy;
A second generator driven by the Stirling engine and producing second electricity;
A generator for generating hydrogen by electrolyzing water using the second electricity produced by the second generator as a power source;
A hydrogen engine that is an internal combustion engine using the hydrogen generated in the generator as fuel; And
A first generator connected to the hydrogen engine and producing a first electricity by the hydrogen engine;
A hydrogen container in which hydrogen generated in the generator is stored;
And a management unit for managing the first electricity produced from the first generator,
When the first electricity is produced, the first electricity or the second electricity is used as a power source for the electrolysis,
Wherein the management unit checks the hydrogen container at the time of initial operation and supplies the hydrogen to the hydrogen engine when hydrogen necessary for the initial operation of the hydrogen engine exists in the hydrogen container,
The management unit may generate the second electricity by supplying the generated electricity to the generator if the hydrogen container does not have hydrogen required for the initial operation of the hydrogen engine, To the energy management device.
상기 수소 엔진에는 상기 수소 용기에 저장된 수소가 공급되며,
상기 생성부는 상기 수용 용기에 저장된 수소의 양이 설정값 이하이면 구동되는 에너지 관리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrogen engine is supplied with hydrogen stored in the hydrogen container,
Wherein the generator is driven when the amount of hydrogen stored in the container is less than a set value.
상기 생성부와 상기 수소 용기의 사이에 개재되는 냉각 트랩;을 포함하고,
상기 냉각 트랩은 상기 생성부로부터 유입된 기체를 냉각시켜 상기 기체에 포함된 수증기와 상기 수소를 분리하며,
상기 수소 용기에는 상기 냉각 트랩에서 분리된 상기 수소를 저압 상태로 저장하는 다공성 카본 메탈 적층체가 마련되는 에너지 관리 장치.
The method according to claim 1,
And a cooling trap interposed between the generator and the hydrogen container,
The cooling trap cools the gas introduced from the generator to separate the water vapor contained in the gas and the hydrogen,
Wherein the hydrogen container is provided with a porous carbon metal laminate for storing the hydrogen separated from the cooling trap in a low pressure state.
상기 생성부에는 상기 물을 전기 분해시키는 전극이 마련되고,
상기 전극은 상기 수소가 유동되는 유로가 형성된 파이프 형상으로 형성되며, 중력의 반대 방향으로 갈수록 상기 유로의 단면적이 감소하는 형상을 가지며,
상기 단면적이 감소된 상기 전극의 일단에는 상기 수소의 출력관이 연결되는 에너지 관리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the generator is provided with an electrode for electrolyzing the water,
Wherein the electrode is formed in a pipe shape in which the flow path of the hydrogen flows, and has a shape in which the cross-sectional area of the flow path decreases in the opposite direction of gravity,
And an output tube of hydrogen is connected to one end of the electrode having the reduced cross-sectional area.
상기 전극과 상기 출력관의 사이에는 상기 수소의 유로가 되고 상기 전극과 상기 출력관을 전기적으로 차단시키는 절연관이 마련되는 에너지 관리 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the hydrogen supply path is provided between the electrode and the output tube, and the electrode is electrically disconnected from the output tube.
상기 생성부에는 상기 물을 전기 분해시키는 전극, 상기 전극을 덮는 가이드가 마련되고,
상기 가이드에는 중력의 반대 방향으로 갈수록 단면적이 감소하는 상기 수소의 유로가 마련되며,
상기 가이드에서 단면적이 감소된 일단에는 상기 수소가 출력되는 출력관이 연결되는 에너지 관리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the generating unit is provided with an electrode for electrolyzing the water and a guide for covering the electrode,
In the guide, the flow path of the hydrogen whose sectional area decreases toward the opposite direction of gravity is provided,
And an output tube through which the hydrogen is output is connected to one end of the guide having a reduced cross-sectional area.
상기 생성부에는 상기 물이 저장된 물 용기, 상기 물 용기의 물이 투입되는 밀폐 용기, 상기 물 용기와 상기 밀폐 용기를 연결하는 입력관, 상기 밀폐 용기의 내부 공간에 설치되고 상기 물을 전기 분해시키는 전극이 마련되고,
상기 물 용기의 물이 중력에 의해 상기 밀폐 용기로 투입되도록 상기 물 용기는 중력 방향 상으로 상기 밀폐 용기의 위에 배치되며,
상기 입력관의 일단은 상기 밀폐 용기의 천장에 형성된 토출구에 연결되고,
평면상으로 상기 토출구의 위치와 상기 전극의 위치는 서로 겹치는 에너지 관리 장치.
The method according to claim 1,
The generating unit may include a water container in which the water is stored, a sealed container into which the water in the water container is inputted, an input pipe that connects the water container and the sealed container, An electrode is provided,
Wherein the water container is disposed above the sealed container in the gravity direction so that water in the water container is injected into the sealed container by gravity,
One end of the input tube is connected to a discharge port formed in a ceiling of the hermetic container,
Wherein the position of the discharge port and the position of the electrode overlap each other on a plane.
상기 전기 분해에 의해 생성된 산소가 저장되는 산소 용기;를 포함하고,
상기 수소 엔진에는 상기 수소 용기에 저장된 수소와 상기 산소 용기에 저장된 산소가 공급되는 에너지 관리 장치.
The method according to claim 1,
And an oxygen container in which oxygen generated by the electrolysis is stored,
Wherein the hydrogen engine is supplied with hydrogen stored in the hydrogen container and oxygen stored in the oxygen container.
상기 관리부에는 상기 제1 전기가 저장되는 배터리가 마련되며,
상기 관리부는 초기 구동시 상기 수소 용기를 체크하고, 상기 수소 용기에 상기 수소 엔진의 초기 구동에 필요한 수소가 존재하면 상기 수소를 상기 수소 엔진으로 공급하고,
상기 관리부는 상기 수소 용기에 상기 수소 엔진의 초기 구동에 필요한 수소가 없으면 상기 배터리를 체크하고, 상기 생성부의 초기 전기 분해에 필요한 전기가 존재하면 상기 배터리의 전기를 상기 생성부로 공급하며,
상기 관리부는 초기 전기 분해에 필요한 전기가 상기 배터리에 없으면, 상기 제2 전기를 상기 생성부에 공급하는 에너지 관리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the management unit is provided with a battery for storing the first electricity,
Wherein the management unit checks the hydrogen container at the time of initial driving and supplies the hydrogen to the hydrogen engine when hydrogen necessary for the initial operation of the hydrogen engine exists in the hydrogen container,
Wherein the management unit checks the battery if there is no hydrogen required for initial operation of the hydrogen engine in the hydrogen container and supplies electricity of the battery to the generator when electricity necessary for initial electrolysis of the generator is present,
Wherein the management unit supplies the second electricity to the generator if electricity required for initial electrolysis is not present in the battery.
상기 태양열 또는 태양광을 수집하는 수집부;를 포함하고,
상기 스털링 엔진은 상기 수집부에서 수집된 열로 구동되는 에너지 관리 장치.
The method according to claim 1,
And a collector for collecting the solar heat or the sunlight,
Wherein the Stirling engine is driven by heat collected by the collector.
상기 수집부에는 태양열 또는 태양광을 촛점에 집중시키는 오목 거울 또는 볼록 렌즈가 마련되고,
상기 스털링 엔진에는 상기 촛점에 배치되는 제1 실린더부, 상기 제1 실린더에 유로가 연결된 제2 실린더부, 상기 제1 실린더부의 제1 피스톤과 상기 제2 실린더부의 제2 피스톤에 연결된 링크부가 마련되고
상기 링크부는 상기 제2 발전기의 회전축에 연결되는 에너지 관리 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the collecting unit is provided with a concave mirror or a convex lens for concentrating sunlight or solar light on a focal point,
Wherein the Stirling engine is provided with a first cylinder portion disposed at the focal point, a second cylinder portion connected to the first cylinder with a flow path, and a link portion connected to the first piston of the first cylinder portion and the second piston of the second cylinder portion
And the link portion is connected to the rotation axis of the second generator.
상기 수집부의 광축이 태양을 추종하도록 상기 태양의 움직임에 따라 상기 수집부를 회전시키는 회전부가 마련되는 에너지 관리 장치.11. The method of claim 10,
And a rotating portion for rotating the collecting portion according to the movement of the sun so that the optical axis of the collecting portion follows the sun.
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CN107237687A (en) * | 2017-06-14 | 2017-10-10 | 大唐环境产业集团股份有限公司 | A kind of system generated electricity using biological urea |
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KR101142595B1 (en) | 2009-12-02 | 2012-05-11 | 한양대학교 산학협력단 | Apparatus and system for energy management |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A107 | Divisional application of patent |