KR20240108844A - Fuel Cell Based Electric Propulsion Unmanned Vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 기반 전기추진 무인 선박에 관한 것으로 연료전지(200)와 디젤 발전기(300)가 구비된 제1 선체(10); 에너지 저장장치(500)와 전력변환장치(600)가 구비된 제2 선체(20); 상기 제1, 2 선체(10, 20)를 연결하는 연결 프레임(40); 상기 제1, 2 선체(10, 20)의 선미에 각각 설치된 전기추진 메인 추진기(80); 진회수 모듈(100); 전기추진 무인 수중체(2); 전력변환장치(600); 및 에너지저장장치(500);를 포함하고 있고, 상기 전력변환장치(600)는 상기 연료전지(200), 디젤 발전기(300), 메인 추진기(80), 에너지 저장장치(500) 및 무인 수중체(2)와 전기적으로 연결되어 있어, 수상과 수중에서 장기간 안정적으로 운항할 수 있다. The present invention relates to a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship, which includes a first hull 10 equipped with a fuel cell 200 and a diesel generator 300; A second hull 20 equipped with an energy storage device 500 and a power conversion device 600; A connection frame 40 connecting the first and second hulls 10 and 20; Electric propulsion main thrusters (80) installed at the sterns of the first and second hulls (10, 20), respectively; True recovery module (100); Electrically propulsion unmanned underwater vehicle (2); Power conversion device (600); and an energy storage device 500, wherein the power conversion device 600 includes the fuel cell 200, a diesel generator 300, a main thruster 80, an energy storage device 500, and an unmanned underwater vehicle. Since it is electrically connected to (2), it can operate stably for a long period of time on the water and on the water.
Description
본 발명은 연료전지 기반 전기추진 무인 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소 연료전지로 생산한 전기에너지를 이용하여 구동하는 추진기가 장착된 연료전지 기반 전기추진 무인 선박에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship, and more specifically, to a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship equipped with a propulsion unit driven using electric energy produced by a hydrogen fuel cell.
무인 선박은 해양에서 해저지형조사 및 디지털 맵 작성, 해양환경·기후변화조사, 해양생물·광물자원 조사, 생물 탐사·자연현상 규명, 해저 침몰체 수색, 수중감시·해양범죄 감시 등과 같은 다양한 해양 임무가 있을 수 있어, 다양한 무인 선박 기술이 개발되고 있다.Unmanned ships carry out various maritime missions in the ocean, such as seafloor topography survey and digital map creation, marine environment and climate change survey, marine life and mineral resource survey, biological exploration and natural phenomenon identification, underwater surveillance and marine crime monitoring, etc. There may be a variety of unmanned ship technologies being developed.
최근들어 선박분야에서 화석 에너지 고갈 문제와 함께 지구 온난화 및 미세 먼지 등을 비롯한 환경오염 등 환경 문제에 대한 관심이 증가하고 이에 따른 규제도 점차 강화되고 있어, 전기추진 선박과 같은 친환경 선박에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 무인 선박에서도 전기추진시스템을 장착한 기술이 개발되고 있다. Recently, interest in environmental problems such as global warming, fine dust, and other environmental pollution, along with the issue of fossil energy depletion in the shipping industry, has increased, and regulations have been gradually strengthened, leading to research on eco-friendly ships such as electric propulsion ships. Progress is being made actively, and technology for installing electric propulsion systems on unmanned ships is also being developed.
공개특허공보 제10-2022-0127056호에 나타난 감시정찰용 무인 선박(이하, ‘종래기술’이라 함)은, 태양광 발전 모듈로 전기에너지를 이용하여 운항하는 무인 선박의 한 예이다. The unmanned vessel for surveillance and reconnaissance (hereinafter referred to as ‘prior art’) shown in Publication Patent Publication No. 10-2022-0127056 is an example of an unmanned vessel that operates using electric energy with a solar power generation module.
종래기술에는 태양광 발전을 통해 선박의 운항시간을 증가시킬 수 있다고 기재되어 있으나, 태양광 발전의 한계 및 작은 배터리의 용량으로 인하여 운항 시간을 증가시키는데 한계가 있어 장시간 임무를 수행하기 어려운 문제점이 있다. In the prior art, it is stated that the operating time of a ship can be increased through solar power generation, but due to the limitations of solar power generation and the small capacity of the battery, there is a limit to increasing the operating time, making it difficult to perform long-term missions. .
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 연료전지를 이용하여 전기에너지를 생산하고 이를 이용하여 선박을 운항하는 연료전지 기반 전기추진 무인 선박을 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present invention seeks to provide a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship that produces electric energy using a fuel cell and operates the ship using this.
또한, 본 발명은 연료전지와 함께 디젤 발전기가 함께 설치하여 선박의 운항에 필요한 전기에너지를 보다 안정적으로 생산할 수 있는 연료전지 기반 전기추진 무인 선박을 제공하고자 한다. In addition, the present invention seeks to provide a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship in which a diesel generator is installed together with a fuel cell to more stably produce the electric energy required for the operation of the ship.
또한, 본 발명에서는 생산된 상기 전기에너지를 추가로 구비되어 있는 무인 수중체에 제공하여 상기 무인 수중체가 전기추진 가능하도록 구성되어 있는 연료전지 기반 전기추진 무인 선박을 제공하고자 한다. In addition, the present invention seeks to provide a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship configured to enable electric propulsion by providing the produced electrical energy to an additional unmanned underwater vehicle.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 연료전지 기반 전기추진 무인 선박은, 연료전지(200)와 디젤 발전기(300)가 구비된 제1 선체(10); 에너지 저장장치(500)와 전력변환장치(600)가 구비된 제2 선체(20); 상기 제1, 2 선체(10, 20)를 연결하는 연결 프레임(40); 상기 제1, 2 선체(10, 20)의 선미에 각각 설치된 전기추진 메인 추진기(80); 전력변환장치(600); 및 에너지저장장치(500);를 포함하고 있고, 상기 전력변환장치(600)는 상기 연료전지(200), 디젤 발전기(300), 메인 추진기(80) 및 에너지 저장장치(500)와 전기적으로 연결되어 있다. In order to achieve the above technical problem, the fuel cell-based electric propulsion unmanned ship of the present invention includes a first hull 10 equipped with a fuel cell 200 and a diesel generator 300; A second hull 20 equipped with an energy storage device 500 and a power conversion device 600; A connection frame 40 connecting the first and second hulls 10 and 20; Electric propulsion main thrusters (80) installed at the sterns of the first and second hulls (10, 20), respectively; Power conversion device (600); and an energy storage device 500, wherein the power conversion device 600 is electrically connected to the fuel cell 200, the diesel generator 300, the main thruster 80, and the energy storage device 500. It is done.
또한, 본 발명의 연료전지 기반 전기추진 무인 선박은, 상기 제1, 2 선체(10, 20)에 각각 상기 전력변환장치(600)와 전기적으로 연결된 태양광 패널(400)이 추가로 형성되어 있고, 상기 무인 선박의 고장 여부를 감시하는 고장진단시스템(900)이 추가로 형성되어 있을 수 있다. In addition, the fuel cell-based electric propulsion unmanned ship of the present invention is additionally formed with a solar panel 400 electrically connected to the power conversion device 600 on the first and second hulls 10 and 20, respectively. , a failure diagnosis system 900 may be additionally formed to monitor whether the unmanned vessel is malfunctioning.
또한, 본 발명의 연료전지 기반 전기추진 무인 선박은, 상기 연결 프레임(40) 하부에는 진회수 모듈(100)이 추가로 결합되어 있고, 상기 진회수 모듈(100)에는 전기추진 무인 수중체(2)가 거치되어 있으며, 상기 전력변환장치(600)에는 무선 충전모듈(700)이 추가로 연결되어 있되, 상기 무선 충전모듈(700)은 상기 무인 수중체(2)에 전기에너지를 충전할 수 있도록 구성되어 있다. In addition, in the fuel cell-based electric propulsion unmanned ship of the present invention, an engine recovery module 100 is additionally coupled to the lower part of the connection frame 40, and the engine recovery module 100 includes an electric propulsion unmanned underwater vehicle (2). ) is mounted, and a wireless charging module 700 is additionally connected to the power conversion device 600, and the wireless charging module 700 is configured to charge the unmanned underwater vehicle 2 with electrical energy. Consists of.
또한, 상기 무선 충전모듈(700)은, 무선 충전패드(710) 및 제2 유압 실린더(720);를 포함하되, 상기 제2 유압 실린더(720)의 고정단은 상기 연결 프레임(400) 또는 진회수 모듈(100)에 결합되어 있고, 상기 무선 충전패드(710)는 상기 제2 유압 실린더(720)의 이동단에 이동 가능하게 결합되어 있으며, 상기 무선 충전패드(710)가 이동하여 상기 무인 수중체(2)에 접촉하거나 설정된 간격 이하가 되었을 때 전기에너지가 충전될 수 있도록 구성되어 있을 수 있다. In addition, the wireless charging module 700 includes a wireless charging pad 710 and a second hydraulic cylinder 720, and the fixed end of the second hydraulic cylinder 720 is connected to the connection frame 400 or the It is coupled to the recovery module 100, and the wireless charging pad 710 is movably coupled to the moving end of the second hydraulic cylinder 720, and the wireless charging pad 710 moves and enters the unmanned water. It may be configured so that electrical energy can be charged when it touches the sieve 2 or falls below a set distance.
또한, 상기 수중체 진회수 모듈(100)은, 수중체 거치대(110); 서로 이격된 위치에서 상기 연결 프레임(40)과 상기 수중체 거치대(110)에 각각 회전 가능하게 결합된 제1, 2 링크(121, 122); 상기 연결 프레임(40)과 상기 제1 링크(121)를 연결하는 L자형 링크(124); 및 상기 연결 프레임(40)과 상기 L자형 링크(124) 사이에 회전 가능하게 결합되어 제1 유압 실린더(125);를 포함하고 있을 수 있다. In addition, the underwater body true recovery module 100 includes an underwater body holder 110; First and second links 121 and 122 rotatably coupled to the connection frame 40 and the underwater body holder 110, respectively, at positions spaced apart from each other; an L-shaped link 124 connecting the connection frame 40 and the first link 121; and a first hydraulic cylinder 125 rotatably coupled between the connection frame 40 and the L-shaped link 124.
또한, 상기 수중체 거치대(110)는 상기 제1 유압 실린더(125)의 작동에 따라 그 위치가 이동할 수 있도록 구성되어 있을 수 있다. In addition, the underwater body holder 110 may be configured to move its position according to the operation of the first hydraulic cylinder 125.
본 발명에 나타난 연료전지 기반 전기추진 무인 선박(1)은, 연료전지(200)로 전기에너지를 생산하고, 전력변환장치(600)와 에너지저장장치(500)를 이용하여 생산된 전기에너지를 운항 시에 사용하고 저장하며 선박을 운항할 수 있으므로, 장기간 선박을 운항할 수 있는 장점이 있다.The fuel cell-based electric propulsion unmanned ship (1) shown in the present invention produces electrical energy with a fuel cell (200) and operates using the produced electrical energy using a power conversion device (600) and an energy storage device (500). It has the advantage of being able to operate a ship for a long period of time because it can be used, stored, and operated at a time.
본 발명에 나타난 연료전지 기반 전기추진 무인 선박(1)은, 디젤 발전기(300)를 추가로 설치하고 디젤 발전기(300)를 통해서도 전기에너지를 생산할 수 있도록 구성하여 전기에너지 생산을 보다 안정적으로 할 뿐 아니라 장기간 선박을 운항할 수 있는 장점이 있다. The fuel cell-based electric propulsion unmanned ship (1) shown in the present invention is configured to additionally install a diesel generator (300) and produce electric energy through the diesel generator (300), thereby making electric energy production more stable. However, it has the advantage of being able to operate the ship for a long period of time.
또한, 본 발명의 연료전지 기반 전기추진 무인 선박(1)은 전기추진 무인 수중체(2)가 추가로 구비되어 있고, 상기 무인 수중체(2)에는 상기 전력변환장치(600)와 전기적으로 연결된 무선 충전모듈(700)을 통해 전기에너지를 제공받을 수 있도록 구성되어 있어 수상 임무와 함께 수중 임무도 함께 수행할 수 있는 장점이 있다. In addition, the fuel cell-based electric propulsion unmanned ship (1) of the present invention is additionally equipped with an electric propulsion unmanned underwater vehicle (2), and the unmanned underwater vehicle (2) is electrically connected to the power conversion device (600). It is configured to receive electric energy through the wireless charging module 700, so it has the advantage of being able to perform underwater missions as well as surface missions.
도 1. 본 발명에 따른 연료전지 기반 전기추진 무인 선박의 사시도.
도 2. 본 발명에 따른 연료전지 기반 전기추진 무인 선박의 평면도.
도 3. 본 발명에 따른 무인 선박의 전기추진시스템 구성도.
도 4. 본 발명의 수중체 진회수 모듈 부분의 구성도.
도 5. 본 발명의 수중체 진회수 모듈의 작동도. Figure 1. A perspective view of a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship according to the present invention.
Figure 2. A top view of a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship according to the present invention.
Figure 3. Configuration diagram of the electric propulsion system of an unmanned ship according to the present invention.
Figure 4. Configuration diagram of the underwater body true recovery module portion of the present invention.
Figure 5. Operation diagram of the underwater body true recovery module of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
도 1은 본 발명의 연료전지 기반 하이브리드 전기추진 무인 선박의 사시도, 도 2는 본 발명의 전기추진 무인 선박의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 전기추진 무인 선박의 전기추진시스템 구성도이고, 도 4는 본 발명의 진회수 모듈 부분의 구성도이며, 도 5는 본 발명의 진회수 모듈의 작동도이다. Figure 1 is a perspective view of the fuel cell-based hybrid electric propulsion unmanned ship of the present invention, Figure 2 is a plan view of the electric propulsion unmanned ship of the present invention, Figure 3 is a configuration diagram of the electric propulsion system of the electric propulsion unmanned ship of the present invention, Figure 4 is a configuration diagram of the true recovery module portion of the present invention, and Figure 5 is an operating diagram of the true recovery module of the present invention.
도 1 내지 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 연료전지 기반 전기추진 무인 선박(1)은, 제1, 2 선체(10, 20); 연결 선실(30); 연결 프레임(40); 진회수 모듈(100); 무인 수중체(2); 및 전기추진 시스템을 포함하고 있다. 1 to 3, the fuel cell-based electric propulsion unmanned vessel 1 of the present invention includes first and second hulls 10 and 20; connecting cabin (30); Connection frame (40); True recovery module (100); unmanned underwater vehicle (2); and an electric propulsion system.
제1, 2 선체(10, 20)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이 서로 이격되어 설치되어 있고, 연결 프레임(40)을 매개로 결합되어 있다. The first and second hulls 10 and 20 are installed spaced apart from each other as shown in FIGS. 1 and 2 and are coupled via a connection frame 40.
상기 제1, 2 선체(10, 20)의 선미 측에는 각각 전기에너지로 구동되는 제1 구동모터(미도시)를 포함하는 메인 추진기(80)가 구비되어 있다. A main thruster 80 including a first drive motor (not shown) driven by electrical energy is provided on the stern sides of the first and second hulls 10 and 20, respectively.
상기 메인 추진기(80)에는 구동 시 발생하는 열을 보다 효과적으로 냉각시키기 위해 제1 칠러(81)가 추가로 설치되어 있을 수 있다. The main thruster 80 may be additionally installed with a first chiller 81 to more effectively cool the heat generated during operation.
상기 제1 칠러(81)는 수냉식으로 구성할 경우 냉각수로 해수를 유입하여 사용할 수 있다. When the first chiller 81 is configured as a water-cooled type, it can be used by introducing seawater as cooling water.
한편, 냉각수는 열이 발생하는 메인 추진기(80) 및 제1 구동모터(미도시)를 냉각시키기 그 주위를 순환하게 되는데, 해수의 염분이 메인 추진기(80) 및 제1 구동모터(미도시) 주위를 부식시킬 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 제1 칠러(81)에 유입된 해수를 담수화한 후 담수화된 물을 상기 메인 추진기(80와 제1 구동모터(미도시) 주위를 순환하는 냉각수로 사용하는 것도 가능하다. Meanwhile, the cooling water circulates around the main thruster 80 and the first drive motor (not shown), which generate heat, to cool the main thruster 80 and the first drive motor (not shown). Since it may corrode the surrounding area, in order to prevent this, the seawater flowing into the first chiller (81) is desalinated and the desalinated water is used as coolant circulating around the main propeller (80) and the first drive motor (not shown). It is also possible to do so.
상기 제1, 2 선체(10, 20)의 선수 측에는 각각 전기에너지로 구동되는 제2 구동모터(미도시)를 포함하는 선수 추진기(90)가 구비되어 있을 수 있다. The bow side of the first and second hulls 10 and 20 may be equipped with a bow thruster 90 including a second drive motor (not shown) driven by electrical energy.
상기 제1, 2 선체(10, 20)에는 전기에너지를 생산하고 변환하고 저장하는 장치들이 구비되어 있는데, 이들은 그 무게 및 전기적 연결을 고려하여 배치하는 것이 바람직하다. The first and second hulls 10 and 20 are equipped with devices that produce, convert and store electrical energy, and it is desirable to arrange them in consideration of their weight and electrical connection.
제1, 선체(10)에는 도 2, 3에 도시된 바와 같이 전기에너지를 생산하는 연료진지(200)와 디젤 발전기(300)가 구비되어 있을 수 있다. First, the hull 10 may be equipped with a fuel cell 200 and a diesel generator 300 that produce electrical energy, as shown in FIGS. 2 and 3.
본 발명에서 연료전지(200)는 한 예로 수소연료전지가 제시되어 있는데, 이러한 경우에는 도 2, 3에 도시된 바와 같이 수소연료전지(200)에 공급할 수소를 저정하는 수소탱크(210)를 함께 설치하는 것이 바람직하다.In the present invention, the fuel cell 200 is presented as an example of a hydrogen fuel cell. In this case, as shown in FIGS. 2 and 3, a hydrogen tank 210 that stores hydrogen to be supplied to the hydrogen fuel cell 200 is included. It is advisable to install it.
상기 수소연료전지(200)에는 전기에너지 생산 과정에서 열이 발생할 수 있으므로, 도 3에 도시된 바와 연료전지를 냉각시키기 위해 같이 제2 칠러(201)를 추가로 설치할 수 있다. Since heat may be generated in the hydrogen fuel cell 200 during the electric energy production process, a second chiller 201 can be additionally installed to cool the fuel cell as shown in FIG. 3.
상기 제2 칠러(201)도 상기 제1 칠러(81)와 마찬가지로 해수를 유입하여 냉각수로 이용할 수 있을 것이다. Like the first chiller 81, the second chiller 201 may also introduce seawater and use it as cooling water.
상기 디젤 발전기(300)는 디젤 엔진을 이용한 발전기로 연료전지(200)와 함께 전기에너지를 생산한다. The diesel generator 300 is a generator using a diesel engine and produces electrical energy together with the fuel cell 200.
이처럼, 연료전지(200)와 다른 방식인 내연기관인 디젤 기관을 이용한 디젤 발전기(300)를 함께 사용하는 하이브리드 방식의 전기에너지 생산을 통해 하나의 발전기가 정상적인 작동을 하지 않게 되더라도 안정적으로 전기에너지를 생산할 수 있다. In this way, through hybrid electric energy production using the fuel cell 200 and a diesel generator 300 using a diesel engine, which is a different internal combustion engine, it is possible to stably produce electric energy even if one generator does not operate normally. You can.
상기 디젤 발전기(300)에는 디젤 연료 탱크(310)가 함께 설치되어 있는 것이 바람직하다.It is preferable that a diesel fuel tank 310 is installed in the diesel generator 300.
한편, 추가적인 전기에너지 생산을 위해 상기 제1, 2 선체(10, 20)의 외측으로는 각각 도 3에 도시된 바와 같은 태양광 패널(400)을 추가로 설치하여 태양광 발전이 가능하도록 구성할 수도 있다. Meanwhile, for additional electric energy production, solar panels 400 as shown in FIG. 3 are additionally installed on the outside of the first and second hulls 10 and 20, respectively, to enable solar power generation. It may be possible.
상기 제2 선체(20)에는 도 2, 3에 도시된 바와 같이 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS, 500) 및 전류변환장치(Power Converter System: PCS, 600)가 구비되어 있을 수 있다. The second hull 20 may be equipped with an energy storage system (ESS, 500) and a power converter system (PCS, 600) as shown in FIGS. 2 and 3.
전류변환장치(PCS, 600)는 도 3에 도시된 바와 같이 무인 선박(1) 내에서 전기에너지 생산 요소 및 저장 요소 및 소비 요소들과 전기적으로 연결되어 생산된 전기에너지를 전송 받아서 무인 선박(1)을 운항하기 위해 전기에너지를 소비하는 요소들에 적합한 전압으로 변환하여 공급하고 전기에너지를 저장하는 요소가 전기에너지를 송수신할 수 있도록 구성되어 있다. As shown in FIG. 3, the current converter (PCS, 600) is electrically connected to the electric energy production elements, storage elements, and consumption elements within the unmanned ship 1 and receives the produced electric energy to produce the unmanned ship 1. ), it converts and supplies electrical energy into a voltage suitable for the elements that consume it, and the element that stores the electrical energy is configured to transmit and receive electrical energy.
이를 위해 전류변환장치(PCS, 600)는 전류의 종류를 변환하는 AC-DC 컨버터와 DC-AC 컨버터 및 전압을 변환하기 위한 DC-DC 컨버터 등을 포함하고 있다. For this purpose, the current converter (PCS, 600) includes an AC-DC converter to convert the type of current, a DC-AC converter, and a DC-DC converter to convert the voltage.
에너지저장장치(ESS, 500)는 연료전지(200), 디젤 발전기(300) 및 태양광 패널(400) 등으로부터 생산된 전기에너지를 저장하는 장치이다. The energy storage device (ESS, 500) is a device that stores electrical energy produced from a fuel cell (200), a diesel generator (300), and a solar panel (400).
상기 에너지저장장치(500)는 충전 중에 열이 발생할 수 있고, 온도가 높아지면 화재 위험도 증가하므로, 냉각용 제3 칠러(510)가 추가로 구비되어 있을 수 있다. The energy storage device 500 may generate heat during charging, and as the temperature increases, the risk of fire increases, so a third chiller 510 for cooling may be additionally provided.
연결 선실(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제1, 2 선체(10, 20) 사이에 위치하도록 구성되어 있고, 외부에는 통신용 안테나(60)가 구비되어 있을 수 있다. The connection cabin 30 is configured to be located between the first and second hulls 10 and 20, as shown in FIG. 1, and may be equipped with a communication antenna 60 on the outside.
상기 통신용 안테나(60)는 도 1에 도시된 바와 같이 안테나 거치대(50)에 설치되어 있을 수 있다. The communication antenna 60 may be installed on the antenna holder 50 as shown in FIG. 1.
연결 프레임(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1, 2 선체(10, 20)가 안정적으로 결합되도록 하는 구성요소이며, 상기 연결 선실(30)의 하부에 구비되어 있다. The connection frame 40 is a component that stably couples the first and second hulls 10 and 20, as shown in FIG. 2, and is provided at the lower part of the connection cabin 30.
본 발명에는 도 4와 5에 도시된 바와 같이 무인 수중체(2)가 추가로 구비되어 있고, 상기 무인 수중체(2)는 진회수 모듈(100)을 통해 무인 선박(1)으로부터 분리되어 운항을 할 수 있도록 구성되어 있다. The present invention is additionally provided with an unmanned underwater vehicle (2) as shown in FIGS. 4 and 5, and the unmanned underwater vehicle (2) is separated from the unmanned vessel (1) through the true recovery module (100) and operates. It is structured so that you can do this.
상기 무인 수중체(2)도 자체적으로 전기추진 시스템(미도시)을 갖추고 있고, 내부에 별도의 배터리(미도시)가 구비되어 있는 것이 바람직하다. The unmanned underwater vehicle 2 also preferably has its own electric propulsion system (not shown) and has a separate battery (not shown) installed therein.
진회수 모듈(100)은 상기 연결 프레임(40)의 하부에 설치되어 있고, 상기 무인 수중체(2)를 거치할 수 있도록 구성되어 있다. The true recovery module 100 is installed at the lower part of the connection frame 40 and is configured to hold the unmanned underwater vehicle 2.
상기 진회수 모듈(100)은 거치되어 있는 무인 수중체(2)를 진수하거나 회수할 수 있도록 구성되어 있는데, 도 4, 5에 도시된 바와 같이 수중체 거치대(110); 서로 이격된 위치에서 상기 연결 프레임(40)과 상기 수중체 거치대(110)에 각각 회전 가능하게 결합된 제1, 2 링크(121, 122); 상기 연결 프레임(40)과 상기 제1 링크(121)를 연결하는 L자형 링크(124); 및 상기 연결 프레임(40)과 상기 L자형 링크(124) 사이에 회전 가능하게 결합되어 제1 유압 실린더(125);를 포함하고 있다. The true recovery module 100 is configured to launch or retrieve the mounted unmanned underwater vehicle 2, and as shown in FIGS. 4 and 5, it includes an underwater vehicle holder 110; First and second links 121 and 122 rotatably coupled to the connection frame 40 and the underwater body holder 110, respectively, at positions spaced apart from each other; an L-shaped link 124 connecting the connection frame 40 and the first link 121; and a first hydraulic cylinder 125 rotatably coupled between the connection frame 40 and the L-shaped link 124.
상기 수중체 거치대(110)는 상기 무인 수중체(2)를 지지할 수 있도록 구성되어 있고, 무인 수중체(2)의 측면 또는 상부의 적어도 일부에 보호용 프레임이 형성되어 있을 수 있다. The underwater body holder 110 is configured to support the unmanned underwater body 2, and a protective frame may be formed on at least a portion of the side or top of the unmanned underwater body 2.
또한, 상기 수중체 거치대(110)에는 상기 무인 수중체(2) 보다 안정적으로 지지하고 분리가 가능하도록 유압 지지부(미도시)가 추가로 구비되어 있을 수 있다. In addition, the underwater body holder 110 may be additionally provided with a hydraulic support unit (not shown) to support the unmanned underwater body 2 more stably and enable separation.
상기 제1, 2 링크(121, 122)는 도 4, 5에 도시된 바와 같이 서로 이격된 상태로 위치하며 제1, 2 링크(121, 122)의 각 일단은 상기 수중체 거치대(110)에 회전 가능하게 결합되어 있고, 각 타단은 상기 연결 프레임(40)에 회전 가능하게 결합되어 있다. The first and second links 121 and 122 are positioned spaced apart from each other as shown in FIGS. 4 and 5, and each end of the first and second links 121 and 122 is attached to the underwater body holder 110. It is rotatably coupled, and each other end is rotatably coupled to the connection frame 40.
이때, 상기 제1, 2 링크(121, 122)의 각 타단은 상기 연결 프레임(40)에 직접 연결되어 있을 수도 있고, 도 4, 5에 도시된 바와 같이 연결부재(120)에 회전 가능하게 연결되고, 상기 연결부재(120)가 연결 프레임(400)에 결합되도록 구성하는 것도 가능할 것이다. At this time, the other ends of the first and second links 121 and 122 may be directly connected to the connection frame 40, and may be rotatably connected to the connection member 120 as shown in FIGS. 4 and 5. It would also be possible to configure the connecting member 120 to be coupled to the connecting frame 400.
연결부재(120)가 구비되어 있는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 L자형 링크(124)의 일단과 타단은 각각 상기 제1 링크(121)와 상기 연결부재(120)에 회전 가능하게 결합되어 있다. When the connecting member 120 is provided, as shown in FIG. 5, one end and the other end of the L-shaped link 124 are rotatably coupled to the first link 121 and the connecting member 120, respectively. It is done.
상기 제1 유압 실린더(125)는 도 5에 도시된 바와 같이 고정단과 상기 연결부재(120)에 회전 가능하게 결합되어 있고, 이동단은 상기 L자형 링크(124)에 회전 가능하게 결합되어 있다. As shown in FIG. 5, the first hydraulic cylinder 125 is rotatably coupled to a fixed end and the connecting member 120, and a moving end is rotatably coupled to the L-shaped link 124.
이러한 구성을 통해, 상기 제1 유압 실린더(125)의 작동에 따라 상기 L자형 링크(124)와 상기 제1 링크(121) 사이의 각도는 변하게 된다. Through this configuration, the angle between the L-shaped link 124 and the first link 121 changes according to the operation of the first hydraulic cylinder 125.
즉, 상기 제1 유압 실린더(125)가 작동에 따라 상기 제1, 2 링크(121, 122)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 수중체 거치대(110)가 연결 프레임(40)에 근접한 위치에 위치하도록 접힌 상태로 구성할 수 있고, 상기 수중체 거치대(110)가 수중에 위치하여 상기 무인 수중체(2)가 수중에 진수되어 수중 운항이 가능한 상태가 되도록 펴진 상태로 구성할 수도 있다. That is, as the first hydraulic cylinder 125 operates, the first and second links 121 and 122 are positioned at a position where the underwater body holder 110 is close to the connection frame 40, as shown in FIG. 5. It can be configured in a folded state so that the underwater vehicle holder 110 is located in the water and the unmanned underwater vehicle 2 is launched in the water and can be configured in an unfolded state so that underwater navigation is possible.
상기 무선 충전모듈(700)은, 상기 무인 수중체(2)를 무선으로 충전할 수 있도록 구성되어 있고, 무선 충전패드(710) 및 제2 유압 실린더(720)를 포함하고 있다. The wireless charging module 700 is configured to wirelessly charge the unmanned underwater vehicle 2, and includes a wireless charging pad 710 and a second hydraulic cylinder 720.
상기 무선 충전패드(710)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전력변환장치(600)와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 무인 수중체(2)와 접촉하여 상기 무인 수중체(2)가 전기추진할 수 있도록 전기에너지를 충전할 수 있다. The wireless charging pad 710 is electrically connected to the power conversion device 600 as shown in FIG. 3, and contacts the unmanned underwater vehicle 2 so that the unmanned underwater vehicle 2 can be electrically propulsed. Electrical energy can be charged.
상기 무선 충전패드(710)의 접촉을 통해 상기 무인 수중체(2)의 충전이 원활하게 될 수 있도록, 상기 무인 수중체(2)에 내장된 배터리(미도시)와 근접한 위치에 무선 충전패드(710)가 위치하도록 구성하는 것이 바람직할 것이다. To enable smooth charging of the unmanned underwater vehicle (2) through contact with the wireless charging pad (710), a wireless charging pad (not shown) is placed close to the battery (not shown) built into the unmanned underwater vehicle (2). It would be desirable to configure it so that 710) is located.
상기 제2 유압 실린더(720)는 고정단이 상기 연결 프레임(400) 또는 수중체 거치대(110)에 결합되어 있고, 이동단은 상기 무선 충전패드(710)와 결합되어 있다. The fixed end of the second hydraulic cylinder 720 is coupled to the connection frame 400 or the underwater body holder 110, and the moving end is coupled to the wireless charging pad 710.
이러한 구성을 통해 상기 제2 유압 실린더(720)의 작동에 의해 상기 무선 충전패드(710)는 이동하여 상기 무인 수중체(2)와 접촉 상태와 분리 상태를 선택할 수 있다.Through this configuration, the wireless charging pad 710 moves by the operation of the second hydraulic cylinder 720 and can select a state of contact or separation from the unmanned underwater body 2.
무인 수중체(2)를 충전할 때에는 상기 무선 충전패드(710)를 상기 무인 수중체(2)에 접촉되도록 제어하거나 충전이 가능한 근접한 간격이 되도록 제어한다. 충전이 가능한 근접한 거리는 설치되는 무선 충전패드(710)와 무인 수중체(2)에 내장된 배터리(미도시) 사이의 성능 특성이며, 이들 사이에 충전될 수 있는 간격은 실험적으로 확인하고 미리 설정해 둘 수 있을 것이다. When charging the unmanned underwater vehicle 2, the wireless charging pad 710 is controlled to be in contact with the unmanned underwater vehicle 2 or controlled to be at a close distance where charging is possible. The close distance at which charging is possible is a performance characteristic between the installed wireless charging pad 710 and the battery (not shown) built into the unmanned underwater vehicle 2, and the interval at which charging between them can be confirmed experimentally and set in advance. You will be able to.
무인 수중체(2)를 충전하지 않을 때 또는 무인 수중체(2)를 운항할 때에는 상기 무선 충전패드(710)를 상기 무인 수중체(2)로부터 멀어지는 방향으로 이동시켜 완전히 분리되도록 제어할 수 있을 것이다. When not charging the unmanned underwater vehicle (2) or when operating the unmanned underwater vehicle (2), the wireless charging pad (710) can be controlled to be completely separated by moving in a direction away from the unmanned underwater vehicle (2). will be.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 무인 선박(1)의 전기추진시스템에는 에너지관리시스템(Engrgy Management System, EMS, 800)이 설치되어 있을 수 있고, 고장진단시스템(Fault Diagnosis System, FDS, 900)도 설치되어 있을 수 있다. As shown in Figure 3, an energy management system (EMS, 800) may be installed in the electric propulsion system of the unmanned vessel (1) according to the present invention, and a fault diagnosis system (FDS, 900) may also be installed.
상기 에너지관리시스템(EMS, 800)과 고장진단시스템(FDS, 900)은 상기 연결 선실(30)의 내부에 설치되어 있을 수 있다. The energy management system (EMS, 800) and the fault diagnosis system (FDS, 900) may be installed inside the connecting cabin (30).
상기 에너지관리시스템(EMS, 800)은 전기에너지를 생산하고 공급하는 것을 운영하도록 구성되어 있다. The energy management system (EMS, 800) is configured to produce and supply electric energy.
보다 구체적으로 에너지관리시스템(EMS, 800)은 연료전지(200)와 디젤 발전기(300) 및 태양광 패널(400)에서 전기에너지를 생산하는 것을 관리하고, 무인 선박(1)의 운항에 필요한 전기에너지를 제어하며, 무인 수중체(2)의 충전 및 수중체 진회수 모듈(100)의 운용 전기에너지를 제어하도록 구성되어 있다. More specifically, the energy management system (EMS, 800) manages the production of electrical energy from the fuel cell 200, diesel generator 300, and solar panel 400, and generates the electricity required for operation of the unmanned vessel (1). It controls energy and is configured to control the charging of the unmanned underwater vehicle (2) and the operational electrical energy of the underwater vehicle true recovery module (100).
상기 고장진단시스템(FDS, 900)은 무인 선박(1)의 전기추진 및 통합전력체계 및 연료전지(200), 태양광 패널(400), 디젤 발전기(300), 에너지저장장치(500), 전력변환장치(600) 및 에너지관리시스템(900), 추진기(80, 90), 무선 충전모듈(700), 무인 수중체(2) 및 진회수 모듈(100) 등의 고장 여부를 모니터링할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. The fault diagnosis system (FDS, 900) is the electric propulsion and integrated power system of the unmanned vessel (1), fuel cell (200), solar panel (400), diesel generator (300), energy storage device (500), and power Configured to monitor failure of the conversion device (600), energy management system (900), thrusters (80, 90), wireless charging module (700), unmanned underwater vehicle (2), and true recovery module (100). It is desirable to have
이를 위해 본 발명의 무인 선박(1)에는 상기 각 구성요소에 고장 여부를 확인할 수 있는 센서들이 구비되어 있는 것이 바람직하다. To this end, it is preferable that the unmanned vessel 1 of the present invention is equipped with sensors that can check whether each component has a failure.
예를 들어 연료전지(200)의 고장은 연료전지(200), 제1 칠러(201) 및 수소연료 탱크(210)에서 발생할 수 있는데, 연료전지(200)에서는 고온 발생, 유입 연료 누출, 스택/배기구의 막힘 등의 고장이 발생할 수 있다. 냉각 시스템인 제1 칠러(201)에서는 냉각수 온도 증가, 과냉각, 유량 조절 오류, 및 연결관 파손 등의 고장이 발생할 수 있으며, 수소연료탱크(210)에서는 외부 공기 유입, 내부 온도 상승 및 수소 연료 누출 등의 고장이 발생할 수 있다. For example, failure of the fuel cell 200 may occur in the fuel cell 200, the first chiller 201, and the hydrogen fuel tank 210. In the fuel cell 200, high temperature occurs, inflow fuel leaks, stack/ Malfunctions such as blockage of the exhaust port may occur. In the first chiller (201), which is a cooling system, failures such as increased coolant temperature, supercooling, flow control error, and damage to connectors may occur, and in the hydrogen fuel tank (210), external air inflow, internal temperature rise, and hydrogen fuel leakage may occur. Malfunctions such as these may occur.
따라서, 이러한 고장을 감지하기 위하여 해당 고장을 확인할 수 있는 위치에 온도, 누수, 가스, 압력 또는 유량 센서를 설치하고 이들의 신호를 고장진단시스템(900)에서 모니터링할 수 있도록 구성할 수 있다. Therefore, in order to detect such a failure, a temperature, water leak, gas, pressure, or flow sensor can be installed at a location where the failure can be confirmed, and their signals can be configured to be monitored by the failure diagnosis system 900.
다른 구성요소에서도 발생 가능한 고장 종류를 설정하고 해당 고장 여부를 측정할 수 있는 센서들을 설치하고, 이들의 신호를 고장진단시스템(900)에서 모니터링하여 무인 선박(1)의 고장여부를 모니터링할 수 있다. It is possible to set the type of failure that may occur in other components, install sensors that can measure the failure, and monitor their signals in the failure diagnosis system 900 to monitor whether the unmanned vessel (1) is malfunctioning. .
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 연료전지 기반 전기추진 무인 선박(1)은 친환경 선박으로, 연료전지 등으로 전기에너지를 생산하고 이를 이용하여 구동하는 전기추진시스템을 형성하여, 종래의 무인 선박보다 운항 기간을 현저히 증가시킬 수 있다. 또한, 무인 수중체(2)도 쉽게 전기에너지를 충전하고 전기에너지를 이용하여 수중에서도 운항할 수 있도록 구성하여 수상과 수중 운항을 동시에 할 수 있도록 구성되어 있는 효과가 있다. The fuel cell-based electric propulsion unmanned ship (1) of the present invention having the above configuration is an eco-friendly ship, and forms an electric propulsion system that produces electric energy using fuel cells, etc. and drives it, and operates better than a conventional unmanned ship. The period can be significantly increased. In addition, the unmanned underwater vehicle (2) is configured to easily charge electric energy and operate underwater using electric energy, so that it can operate on water and underwater at the same time.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
1: 연료전지 기반 전기추진 무인 선박
2: 무인 수중체
10: 제1 선체
20: 제2 선체
30: 연결 선실
40: 연결 프레임
50: 안테나 거치대
60: 안테나
80: 메인 추진기
81: 제1 칠러
90: 선수 추진기
100: 수중체 진회수 모듈
110: 수중체 거치대
120: 진회수 링크
121: 제1 링크
122: 제2 링크
123: 연결부재
124: L자형 링크
125: 제1 유압 실린더
140: 유압라인
200: 연료전지
201: 제2 칠러
210: 수소 탱크
300: 디젤 발전기
310: 디젤 탱크
400: 태양전지
500: 에너지 저장장치(ESS)
510: 제3 칠러
600: 전력변환장치(PCS)
700: 무선 충전모듈
710: 무선 충전패드
720: 제2 유압 실린더
800: 에너지관리시스템(EMS)
900: 고장 진단 시스템(FDS)1: Fuel cell-based electric propulsion unmanned ship 2: Unmanned underwater vehicle
10: first hull 20: second hull 30: connection cabin
40: Connection frame 50: Antenna stand 60: Antenna
80: main thruster 81: first chiller 90: bow thruster
100: Underwater body true recovery module 110: Underwater body holder 120: True recovery link
121: first link 122: second link 123: connection member
124: L-shaped link 125: First hydraulic cylinder 140: Hydraulic line
200: Fuel cell 201: Second chiller 210: Hydrogen tank
300: Diesel generator 310: Diesel tank 400: Solar cell
500: Energy storage system (ESS) 510: Third chiller
600: Power conversion device (PCS) 700: Wireless charging module
710: wireless charging pad 720: second hydraulic cylinder
800: Energy Management System (EMS) 900: Fault Diagnosis System (FDS)
Claims (6)
에너지 저장장치(500)와 전력변환장치(600)가 구비된 제2 선체(20);
상기 제1, 2 선체(10, 20)를 연결하는 연결 프레임(40);
상기 제1, 2 선체(10, 20)의 선미에 각각 설치된 전기추진 메인 추진기(80);
전력변환장치(600); 및 에너지저장장치(500);를 포함하고 있고,
상기 전력변환장치(600)는 상기 연료전지(200), 디젤 발전기(300), 메인 추진기(80) 및 에너지 저장장치(500)와 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반 전기추진 무인 선박.
A first hull 10 equipped with a fuel cell 200 and a diesel generator 300;
A second hull 20 equipped with an energy storage device 500 and a power conversion device 600;
A connection frame 40 connecting the first and second hulls 10 and 20;
Electric propulsion main thrusters (80) installed at the sterns of the first and second hulls (10, 20), respectively;
Power conversion device (600); and an energy storage device 500;
The power conversion device 600 is a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship, characterized in that it is electrically connected to the fuel cell 200, the diesel generator 300, the main propulsion unit 80, and the energy storage device 500. .
상기 제1, 2 선체(10, 20)에 각각 상기 전력변환장치(600)와 전기적으로 연결된 태양광 패널(400)이 추가로 형성되어 있고,
상기 무인 선박의 고장 여부를 감시하는 고장진단시스템(900)이 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반 전기추진 무인 선박.
According to paragraph 1,
A solar panel 400 electrically connected to the power conversion device 600 is additionally formed on the first and second hulls 10 and 20, respectively,
A fuel cell-based electric propulsion unmanned ship, characterized in that a failure diagnosis system 900 is additionally formed to monitor whether the unmanned ship is malfunctioning.
상기 연결 프레임(40) 하부에는 진회수 모듈(100)이 추가로 결합되어 있고,
상기 진회수 모듈(100)에는 전기추진 무인 수중체(2)가 거치되어 있으며,
상기 전력변환장치(600)에는 무선 충전모듈(700)이 추가로 연결되어 있되,
상기 무선 충전모듈(700)은 상기 무인 수중체(2)에 전기에너지를 충전할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반 전기추진 무인 선박.
According to claim 1 or 2,
A true recovery module 100 is additionally coupled to the lower part of the connection frame 40,
The electric propulsion unmanned underwater vehicle (2) is mounted on the true recovery module (100),
A wireless charging module 700 is additionally connected to the power conversion device 600,
The wireless charging module 700 is a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship, characterized in that it is configured to charge the unmanned underwater vehicle (2) with electrical energy.
상기 무선 충전모듈(700)은,
무선 충전패드(710) 및 제2 유압 실린더(720);를 포함하되,
상기 제2 유압 실린더(720)의 고정단은 상기 연결 프레임(400) 또는 진회수 모듈(100)에 결합되어 있고
상기 무선 충전패드(710)는 상기 제2 유압 실린더(720)의 이동단에 이동 가능하게 결합되어 있으며,
상기 무선 충전패드(710)가 이동하여 상기 무인 수중체(2)에 접촉하거나 설정된 간격 이하가 되었을 때 전기에너지가 충전될 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반 전기추진 무인 선박.
According to paragraph 3,
The wireless charging module 700,
Including a wireless charging pad 710 and a second hydraulic cylinder 720,
The fixed end of the second hydraulic cylinder 720 is coupled to the connection frame 400 or the true recovery module 100,
The wireless charging pad 710 is movably coupled to the moving end of the second hydraulic cylinder 720,
A fuel cell-based electric propulsion unmanned ship, characterized in that it is configured to charge electric energy when the wireless charging pad 710 moves and comes into contact with the unmanned underwater vehicle 2 or falls below a set interval.
상기 수중체 진회수 모듈(100)은,
수중체 거치대(110);
서로 이격된 위치에서 상기 연결 프레임(40)과 상기 수중체 거치대(110)에 각각 회전 가능하게 결합된 제1, 2 링크(121, 122);
상기 연결 프레임(40)과 상기 제1 링크(121)를 연결하는 L자형 링크(124); 및
상기 연결 프레임(40)과 상기 L자형 링크(124) 사이에 회전 가능하게 결합되어 제1 유압 실린더(125);를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반 전기추진 무인 선박.
According to paragraph 3,
The underwater body true recovery module 100,
Underwater body holder (110);
First and second links 121 and 122 rotatably coupled to the connection frame 40 and the underwater body holder 110, respectively, at positions spaced apart from each other;
an L-shaped link 124 connecting the connection frame 40 and the first link 121; and
A fuel cell-based electric propulsion unmanned ship, characterized in that it includes a first hydraulic cylinder (125) rotatably coupled between the connection frame (40) and the L-shaped link (124).
상기 수중체 거치대(110)는 상기 제1 유압 실린더(125)의 작동에 따라 그 위치가 이동할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반 전기추진 무인 선박.
According to clause 5,
The underwater body holder 110 is a fuel cell-based electric propulsion unmanned ship, characterized in that its position can be moved according to the operation of the first hydraulic cylinder 125.
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