WO2020179973A1 - 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템 - Google Patents

에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템 Download PDF

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조남주
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(주)케이워터크레프트
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Definitions

  • the present invention relates to an energy-independent water electrolysis fuel cell water pure air cleaning system.
  • the water electrolysis (electrolysis) system is a system that generates hydrogen and oxygen by electrochemically decomposing water. Compared to other hydrogen production methods, the water electrolysis (electrolysis) system has the advantages of simple operation conditions, small volume, and high purity hydrogen. Is attracting attention. Representative methods in the field of water electrolysis to electrolyze water include solid oxide electrolysis (SOE), polymer electrolyte membrane electrolysis (PEME), and alkaline water electrolysis (AE). exist.
  • SOE solid oxide electrolysis
  • PEME polymer electrolyte membrane electrolysis
  • AE alkaline water electrolysis
  • the high-temperature steam electrolysis method uses the phenomenon that the electric energy required to decompose water is lowered at a high temperature. It enables high-efficiency water decomposition with less electric energy, and the structure and principle of the solid oxide battery (SOFC) It is possible to drive in both directions.
  • SOFC solid oxide battery
  • Fuel cells are a method of generating electricity by reacting hydrogen and oxygen electrochemically, and are considered as one of the alternative energy technologies due to their low environmental pollution and high energy efficiency compared to internal combustion engines.
  • the hydroelectrolysis treatment unit that produces hydrogen by electrolyzing water has been in the spotlight in terms of eco-friendliness that discharges only oxygen as a by-product with hydrogen purity close to 100%.
  • PEMFC Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
  • the Korea Institute of Energy Research has developed a flat tube type high-temperature water electrolysis hydrogen manufacturing technology that can recycle waste heat and water vapor at high temperature and high pressure, and the Ulsan Institute of Science and Technology applies the anode (anode) and cathode (cathode) materials as a double layer as perovskite.
  • anode anode
  • cathode cathode
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0075628 relates to a high-temperature methane reforming hybrid water electrolysis treatment unit, which is configured so that the steam reforming reaction of methane and the production of hydrogen by high-temperature water electrolysis can proceed together, and the autothermal reaction of methane
  • the heat generated by the complete oxidation reaction of methane and the heat generated by the partial oxidation reaction of methane is constructed so that it can be utilized in a water electrolyzer that requires a high-temperature operation condition. Disclosing technology to reduce consumption.
  • the technical task to be achieved by the present invention is to reduce the use of chemical fuels nationally, to use alternative eco-friendly energy, to reduce greenhouse gas emissions to respond to climate change and to fulfill the obligation to adapt to climate change, and to use hydrogen produced through water electrolysis.
  • the purpose is to provide an energy-independent water electrolysis fuel cell water pure air cleaning system that supplies oxygen, a by-product, using a purifier as a power source for power generation.
  • the energy-independent water electrolysis fuel cell water pure air cleaning system proposed in the present invention generates hydrogen and oxygen through water electrolysis using supplied water, and energy by controlling the pressure of the generated hydrogen gas.
  • Water electrolysis unit that supplies hydrogen gas to the generation unit, energy generation unit that generates electric energy based on the supplied hydrogen gas to use the air as a power source for purification, electricity generated without requiring a separate energy charge
  • An energy storage unit that supplies energy as a power for purifying air, an oxygen exhaust port that discharges oxygen generated from the electrolysis unit to purify the air, and the supplied water by any one of ultrasonic vibration type, heating type, natural evaporation type, or nozzle type. It includes a humidifier that controls the humidity of the room by spraying or evaporating through one to generate water vapor.
  • the water electrolysis unit supplies power required for initial water electrolysis treatment by using solar energy, and is supplied with solar panels for use as reserve power, filtered and purified water, and oxygen and cleanliness through hydrogen electrolysis using solar energy.
  • a water electrolysis treatment unit that generates hydrogen gas, a gas control unit that controls and supplies the pressure of hydrogen gas generated through water electrolysis treatment, and hydrogen that converts the generated hydrogen into clean hydrogen gas of high purity through a hydrogen purification process using an adsorbent. It includes a purification unit and a hydrogen storage unit for storing the purified hydrogen gas.
  • the energy generation unit generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen, which are produced through water electrolysis and converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process, using the fuel cell 130.
  • the oxygen exhaust port is discharged through a fan so that oxygen generated in the water electrolysis unit is dispersed and discharged.
  • the power supply method of the energy-independent water electrolysis fuel cell water pure system proposed by the present invention generates hydrogen and oxygen through water electrolysis treatment using water supplied to the water electrolysis unit, and generates hydrogen.
  • Supplying hydrogen gas to the energy generating unit by adjusting the pressure of the gas, generating electric energy based on the hydrogen gas supplied to the energy generating unit to use air as a power source for purification, and generating electric energy.
  • Supplying air as power for purification through the energy storage unit, discharging oxygen generated in the electrolysis unit to purify air through an oxygen exhaust port, and ultrasonic vibration, heating, natural evaporation, or nozzle It includes the step of controlling the humidity of the room using a humidifier that generates water vapor by spraying or evaporating through any one of the methods.
  • the step of supplying hydrogen gas to the energy generator by controlling the pressure of the generated hydrogen gas and generating hydrogen and oxygen through water electrolysis treatment using the water supplied to the water electrolysis part is the initial water electrolysis using solar energy. Power required for treatment is supplied and used as reserve power, filtered and purified water is supplied to generate oxygen and clean hydrogen gas through hydrogen electrolysis using solar energy, and hydrogen gas generated through water electrolysis treatment The pressure is controlled, and the generated hydrogen is converted into high-purity clean hydrogen gas and stored through a hydrogen purification process using an adsorbent.
  • the step of generating electric energy based on the hydrogen gas supplied to the energy generating unit is hydrogen gas produced through water electrolysis and converted into high purity clean hydrogen gas through the hydrogen purification process. And oxygen are electrochemically reacted using a fuel cell to produce electricity.
  • the oxygen generated in the water electrolysis unit is discharged through a fan so that the oxygen generated in the water electrolysis unit is dispersed and discharged.
  • an oxygen generating air purifier that reduces the use of chemical fuels, utilizes alternative eco-friendly energy, and supplies oxygen as a by-product by using hydrogen produced through a water electrolysis method as a power source for generating air purifiers.
  • FIG. 1 is a diagram showing an opening diagram of an energy-independent water electrolysis fuel cell water pure air cleaning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a bird's-eye view of an energy-independent water electrolysis fuel cell water pure air cleaning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a power supply method of the energy-independent hydroelectrolysis fuel cell water pure air cleaning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an opening diagram of an energy-independent water electrolysis fuel cell water pure air cleaning system according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to an energy-independent water electrolysis fuel cell water pure that uses productive hydrogen as a power source for generating air purifiers through such a water electrolysis method and supplies oxygen as a by-product.
  • the proposed energy-independent water electrolysis fuel cell water pure system includes a solar panel (not shown), a water electrolysis unit 110, an energy generation unit (that is, a fuel cell) 120 and an energy storage unit 130, a motor ( 140) and an oxygen exhaust port 150.
  • the water electrolysis unit 110 generates hydrogen and oxygen through water electrolysis using the supplied water, and supplies hydrogen gas to the energy generation unit by adjusting the pressure of the generated hydrogen gas.
  • the water electrolysis unit 110 includes a water electrolysis treatment unit 111, a gas control unit 112, a hydrogen purification unit 113 and a hydrogen storage unit 114, an injection unit 115, and a humidifier 116.
  • a solar panel (not shown) uses solar energy to supply power required for initial electrolysis treatment and utilizes it as reserve power.
  • the water electrolysis treatment unit 111 is supplied with filtered and purified water through the injection unit 115 to generate oxygen and clean hydrogen gas through hydrogen electrolysis using solar energy.
  • the gas control unit 112 controls and supplies the pressure of hydrogen gas generated through water electrolysis.
  • the hydrogen purification unit 113 converts the generated hydrogen into clean hydrogen gas of high purity through a hydrogen purification process using an adsorbent.
  • the hydrogen storage unit 114 stores purified hydrogen gas.
  • the energy generation unit 120 (that is, the fuel cell) 120 generates electric energy based on the supplied hydrogen gas to use air as a power source for purification.
  • the energy generation unit 120 generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen, which are produced through water electrolysis and converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process, using the fuel cell 120.
  • the humidifier 116 may control indoor humidity by spraying or evaporating the supplied water through any one of an ultrasonic vibration type, a heating type, a natural evaporation type, or a nozzle method to generate water vapor.
  • the energy storage unit 130 includes a battery management unit 131 and a battery 132.
  • the battery management unit 131 does not require separate energy charging, and supplies the generated electric energy as power for purification.
  • the energy storage unit 130 includes a best management system (BMS) and an energy storage system (ESS).
  • BMS best management system
  • ESS energy storage system
  • extra electricity is stored in the battery 132 so that it does not require separate energy charging and can be driven without power supply.
  • the motor 140 may drive the water pure shown in FIG. 1 by using power supplied from the energy storage unit 130.
  • the oxygen exhaust port 150 discharges oxygen generated by the water electrolysis unit to purify the air. At this time, the oxygen generated in the water electrolysis unit may be discharged through a fan so that the oxygen generated is dispersed and discharged.
  • FIG. 2 is a view showing a bird's-eye view of an energy-independent hydroelectrolysis fuel cell water pure system according to an embodiment of the present invention.
  • the proposed energy-independent water electrolysis fuel cell water pure system includes a solar panel (not shown), a water electrolysis unit 210, an energy generation unit (that is, a fuel cell) 220 and an energy storage unit 230, and a motor ( 240), and an oxygen exhaust port 250 and a humidifier 260.
  • the water electrolysis unit 210 generates hydrogen and oxygen through water electrolysis using the supplied water, and supplies hydrogen gas to the energy generation unit by adjusting the pressure of the generated hydrogen gas.
  • the water electrolysis unit 210 includes a water electrolysis treatment unit 211, a gas control unit 212, a hydrogen purification unit 213 and a hydrogen storage unit 214 and an injection unit 215, filters 216 and 217, and a suction pump 218. ).
  • a solar panel (not shown) uses solar energy to supply power required for initial electrolysis treatment and utilizes it as reserve power.
  • the water electrolysis treatment unit 211 is supplied with water by filtering and purifying the precipitate through the filters 216 and 217. Thereafter, water filtered and purified through the suction pump 218 is supplied to the water electrolysis treatment unit 211 to generate oxygen and clean hydrogen gas through hydrogen electrolysis using solar energy.
  • the gas control unit 212 controls and supplies the pressure of hydrogen gas generated through water electrolysis.
  • the hydrogen purification unit 213 converts the generated hydrogen into high purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process using an adsorbent.
  • the hydrogen storage unit 214 stores purified hydrogen gas.
  • the energy generation unit 220 (that is, the fuel cell) 220 generates electric energy based on the supplied hydrogen gas to use air as a power source for purification.
  • the energy generation unit 220 generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen, which are produced through water electrolysis and converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process, using the fuel cell 220.
  • the energy storage unit 230 includes a battery management unit 231 and a battery 232.
  • the battery management unit 231 does not require separate energy charging, and supplies the generated electric energy as power for purification.
  • the energy storage unit 230 includes a best management system (BMS) and an energy storage system (ESS). In addition, extra electricity is stored in the battery 232 so that it does not require separate energy charging and can be driven without power supply.
  • BMS best management system
  • ESS energy storage system
  • extra electricity is stored in the battery 232 so that it does not require separate energy charging and can be driven without power supply.
  • the motor 240 may drive the water pure shown in FIG. 2 using power supplied from the energy storage unit 230.
  • the oxygen exhaust port 250 discharges oxygen generated in the water electrolysis unit to purify the air.
  • the oxygen exhaust port 250 may discharge the purified air through a fan 260 so that oxygen generated in the water electrolysis unit is dispersed and discharged.
  • the humidifier 270 may control indoor humidity by spraying or evaporating the supplied water through any one of an ultrasonic vibration type, a heating type, a natural evaporation type, or a nozzle method to generate water vapor.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a power supply method of an energy-independent hydroelectrolysis fuel cell water pure system according to an embodiment of the present invention.
  • the proposed energy-independent water electrolysis fuel cell water pure system power supply method uses water supplied to the water electrolysis unit to generate hydrogen and oxygen through water electrolysis, and adjusts the pressure of the generated hydrogen gas to the energy generation unit.
  • step 310 hydrogen and oxygen are generated through water electrolysis using water supplied to the water electrolysis unit, and hydrogen gas is supplied to the energy generation unit by adjusting the pressure of the generated hydrogen gas.
  • the water electrolysis unit generates hydrogen and oxygen through water electrolysis treatment using the supplied water, and supplies hydrogen gas to the energy generation unit by controlling the pressure of the generated hydrogen gas.
  • solar panels use solar energy to supply power required for initial electrolysis treatment and use it as reserve power.
  • the water electrolysis treatment unit is supplied with filtered and purified water through the injection unit to generate oxygen and clean hydrogen gas through hydrogen electrolysis using solar energy.
  • the gas control unit regulates and supplies the pressure of hydrogen gas generated through hydroelectrolysis treatment.
  • the hydrogen purification unit converts the generated hydrogen into high purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process using an adsorbent.
  • the hydrogen storage unit stores the purified hydrogen gas.
  • step 320 electric energy is generated based on the hydrogen gas supplied to the energy generating unit in order to use air as a power source for purification.
  • the energy generation unit (that is, a fuel cell) generates electric energy based on the supplied hydrogen gas to use air as a power source for purification.
  • the energy generator generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen, which are produced through water electrolysis and converted into high-purity clean hydrogen gas through a hydrogen purification process, using a fuel cell.
  • step 330 the generated electric energy is supplied as power for purification of air through the energy storage unit.
  • the battery management unit does not require separate energy charging, and supplies the generated electric energy as power for purifying air.
  • the energy storage unit including the best management system (BMS) and the energy storage system (ESS) does not require separate energy charging and stores extra electricity in the battery so that it can be driven without power supply.
  • step 341 oxygen generated in the water electrolysis unit is discharged through the oxygen exhaust port to purify the air.
  • the motor may drive the water pure by using power supplied from the energy storage unit.
  • the oxygen exhaust port discharges oxygen generated in the water electrolysis unit to purify the air. At this time, the oxygen generated in the water electrolysis unit may be discharged through a fan so that the oxygen generated is dispersed and discharged.
  • the water supplied in step 342 may be sprayed or evaporated through any one of an ultrasonic vibration type, a heating type, a natural evaporation type, or a nozzle method to control the indoor humidity using a humidifier that generates water vapor.
  • the apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component.
  • the devices and components described in the embodiments include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • the processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications executed on the operating system.
  • the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software.
  • OS operating system
  • the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software.
  • the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include.
  • the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller.
  • other processing configurations are possible, such as a parallel processor.
  • the software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, configuring the processing unit to behave as desired or processed independently or collectively. You can command the device.
  • Software and/or data may be interpreted by a processing device or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. Can be embodyed in The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
  • the method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

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Abstract

에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템은 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급하는 수전해부, 공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성하는 에너지 생성부, 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 생성된 전기에너지를 공기를 정화를 위한 동력으로 공급하는 에너지 저장부, 공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 배출하는 산소 배기구 및 공급된 용수를 초음파 진동식, 가열식, 자연 증발식, 또는 노즐 방식 중 어느 하나를 통해 분무하거나 증발시켜 수증기를 생성하여 실내의 습도를 조절하는 가습기를 포함한다.

Description

에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템
본 발명은 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템에 관한 것이다.
수전해(전기 분해) 시스템은 물을 전기화학적으로 분해하여 수소와 산소를 발생시키는 시스템으로서, 다른 수소 제조 방법에 비해 간단한 가동 조건과 작은 부피, 고순도의 수소를 얻을 수 있는 장점이 있어 수소 제조 기술로 주목 받고 있다. 물을 전기 분해하는 수전해 분야에서 대표적인 방법으로는 고체 산화물 수전해법(Solid Oxide Electrolysis, SOE), 고분자 전해질 막 수전해법(Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis, PEME), 알칼라인 수전해법(Alkaline Electrolysis, AE) 등이 존재한다.
수전해 분야에서 고온 수증기 전해법은 물을 분해하기 위해 필요한 전기에너지가 고온에서 더 낮아지는 현상을 이용한 방법으로 적은 전기에너지로 고효율의 물 분해가 가능하고, 고체산화물전지(SOFC)와 구조 및 원리가 같아 양방향 운전이 가능하다.
연료 전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산하는 방법으로, 내연 기관에 비해 환경오염이 덜하고 에너지 효율이 높아 대체에너지 기술 중 하나로 꼽히고 있다. 특히, 물을 전기 분해하여 수소를 생산하는 수전해 처리부는, 100%에 가까운 수소 순도와 더불어 부산물로 오직 산소만을 배출하는 친환경적인 측면에서 각광받고 있다.
고분자 전해질 막 연료전지(PEMFC)는 넓은 전력 공급 범위 및 다양한 응용 분야를 통해 지속적으로 성장하고 있으며, 2013년에 신재생 에너지 설비의 지원에 관한 지침이 개정되면서 에너지 생산량 및 보정 계수 6.5를 지정 받아 공공기관 설치 의무화 시장뿐만 아니라 민간시장까지 빠르게 도입되고 있다.
연료전지의 응용분야 중 운송 분야는 자동차 시장에 집중되고 있으며, 두산 퓨얼 셀은 클리어 에지 파워(Clear Edge Power)를 병합하여 건물 및 차량에 공급할 수 있는 연료전지 생산에 집중하고 있다. 현대자동차는 2018년 1월부터 수소전기차를 생산할 계획에 있다.
한국 에너지 기술연구원에서는 고온 고압의 폐열과 수증기를 재활용할 수 있는 평관형 고온 수전해 수소 제조 기술을 개발하였으며, 울산과학기술원에서 연료극(양극)과 공기극(음극) 소재를 이중층으로 페로브스카이트로 적용하여 한시간에 0.9L의 수소를 생산하는 고체산화물 수전해 전지를 개발하였다.
한국공개특허 제10-2005-0075628호는 고온 메탄 개질형 하이브리드 수전해 처리부에 관한 것으로, 메탄의 수증기 개질반응과 고온의 수전해 반응에 의한 수소 생산이 함께 진행될 수 있도록 구성하고, 메탄의 자열반응에 의해 생성된 열과 메탄의 완전 산화반응 또는 부분 산화반응에 의해 생성된 열이 고온의 운전조건이 요구되는 수전해기에 활용될 수 있도록 구성하여 기존 수전해 처리부와 비교하여 효율적으로 에너지를 활용하고 에너지 소모량을 감소시키는 기술을 개시하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기후변화 대응을 위한 온실가스 감축과 기후변화 적응 의무 수행을 위해 국가적으로 화학연료의 사용을 감소시키고 대체 친환경 에너지를 활용하며, 수전해 방식을 통해 생산된 수소를 공기청정기를 발전시키는 동력원으로 사용하여 부산물인 산소를 공급하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템을 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템은 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급하는 수전해부, 공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성하는 에너지 생성부, 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 생성된 전기에너지를 공기를 정화를 위한 동력으로 공급하는 에너지 저장부, 공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 배출하는 산소 배기구 및 공급된 용수를 초음파 진동식, 가열식, 자연 증발식, 또는 노즐 방식 중 어느 하나를 통해 분무하거나 증발시켜 수증기를 생성하여 실내의 습도를 조절하는 가습기를 포함한다.
수전해부는 태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용하기 위한 태양광 패널, 여과 및 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 산소 및 청정 수소가스를 발생시키는 수전해 처리부, 수전해 처리를 통해 생성된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급하는 가스 제어부, 발생된 수소를 흡착제를 이용한 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환하는 수소 정제부 및 정제된 수소가스를 저장하는 수소 저장부를 포함한다.
에너지 생성부는 수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 연료전지(130)를 이용하여 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다.
산소 배기구는 수전해부에서 생성된 산소가 분산되어 배출되도록 팬(fan)을 통해 배출한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템의 전력 공급 방법은 수전해부에 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급하는 단계, 공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 에너지 생성부에 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성하는 단계, 생성된 전기에너지를 에너지 저장부를 통해 공기를 정화를 위한 동력으로 공급하는 단계, 공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 산소 배기구를 통해 배출하는 단계 및 공급된 용수를 초음파 진동식, 가열식, 자연 증발식, 또는 노즐 방식 중 어느 하나를 통해 분무하거나 증발시켜 수증기를 생성하는 가습기를 이용하여 실내의 습도를 조절하는 단계를 포함한다.
수전해부에 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급하는 단계는 태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용하고, 여과 및 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 산소 및 청정 수소가스를 발생시키며, 수전해 처리를 통해 생성된 수소가스의 압력을 조절하고, 발생된 수소를 흡착제를 이용한 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환하여 저장한다.
공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 에너지 생성부에 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성하는 단계는 수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 연료전지를 이용하여 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다.
공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 산소 배기구를 통해 배출하는 단계는 수전해부에서 생성된 산소가 분산되어 배출되도록 팬(fan)을 통해 배출한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 화학연료의 사용을 감소시키고 대체 친환경 에너지를 활용하며, 수전해 방식을 통해 생산된 수소를 공기청정기를 발전시키는 동력원으로 사용하여 부산물인 산소를 공급하는 산소발생 공기청정기를 활용하여 실내에 신선한 공기를 제공하고 실내의 습도를 조절하기 위한 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템의 개통도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템의 조감도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템의 전력 공급 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템의 개통도를 나타내는 도면이다.
화석에너지 고갈과 지구온난화로 친환경 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 수소 에너지는 연료전지를 이용하여 전기 에너지를 생산 해낼 수 있어 화석연료의 대체 연료로 평가되고 있다. 수소를 생산하는 방법으로는 수전해를 이용한 전기분해 방식은 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생성한다.
본 발명은 이러한 수전해 방식을 통해 생산성 수소를 공기청정기를 발전시키는 동력원으로 사용하며 부산물인 산소를 공급하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어에 관한 것이다.
제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템은 태양광 패널(도시하지 않음), 수전해부(110), 에너지 생성부(다시 말해, 연료전지)(120) 및 에너지 저장부(130), 모터(140) 및 산소 배기구(150)를 포함한다.
수전해부(110)는 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급한다. 수전해부(110)는 수전해 처리부(111), 가스 제어부(112), 수소 정제부(113) 및 수소 저장부(114), 주입부(115) 및 가습기(116)를 포함한다.
태양광 패널(도시하지 않음)은 태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용한다.
수전해 처리부(111)는 주입부(115)를 통해 여과 및 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 산소 및 청정 수소가스를 발생시킨다.
가스 제어부(112)는 수전해 처리를 통해 생성된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급한다.
수소 정제부(113)는 발생된 수소를 흡착제를 이용한 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환한다.
수소 저장부(114)는 정제된 수소가스를 저장한다.
에너지 생성부(다시 말해, 연료전지)(120)는 공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성한다. 에너지 생성부(120)는 수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 연료전지(120)를 이용하여 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다.
또한, 가습기(116)는 공급된 용수를 초음파 진동식, 가열식, 자연 증발식, 또는 노즐 방식 중 어느 하나를 통해 분무하거나 증발시켜 수증기를 생성하여 실내의 습도를 조절할 수 있다.
에너지 저장부(130)는 배터리 관리부(131) 및 배터리(132)를 포함한다. 배터리 관리부(131)는 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 생성된 전기에너지를 공기를 정화를 위한 동력으로 공급한다. 이러한 에너지 저장부(130)는 BMS(Best management system) 및 ESS(Energy storage system)를 포함한다. 그리고, 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 전력 공급 없이도 구동이 가능하도록 여분의 전기를 배터리(132)에 저장한다.
모터(140)는 에너지 저장부(130)로부터 공급되는 동력을 이용하여 도 1에 나타낸 워터 퓨어를 구동시킬 수 있다.
산소 배기구(150)는 공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 배출한다. 이때, 수전해부에서 생성된 산소가 분산되어 배출되도록 팬(fan)을 통해 배출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템의 조감도를 나타내는 도면이다.
제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템은 태양광 패널(도시하지 않음), 수전해부(210), 에너지 생성부(다시 말해, 연료전지)(220) 및 에너지 저장부(230), 모터(240), 산소 배기구(250) 및 가습기(260)를 포함한다.
수전해부(210)는 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급한다. 수전해부(210)는 수전해 처리부(211), 가스 제어부(212), 수소 정제부(213) 및 수소 저장부(214) 및 주입부(215), 필터(216, 217) 및 흡입 펌프(218)를 포함한다.
태양광 패널(도시하지 않음)은 태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용한다.
수전해 처리부(211)는 필터(216, 217)를 통해 침전물을 여과 및 정수하여 용수를 공급 받는다. 이후, 흡입 펌프(218)를 통해 여과 및 정수된 용수가 수전해 처리부(211)에 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 산소 및 청정 수소가스를 발생시킨다.
가스 제어부(212)는 수전해 처리를 통해 생성된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급한다.
수소 정제부(213)는 발생된 수소를 흡착제를 이용한 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환한다.
수소 저장부(214)는 정제된 수소가스를 저장한다.
에너지 생성부(다시 말해, 연료전지)(220)는 공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성한다. 에너지 생성부(220)는 수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 연료전지(220)를 이용하여 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다.
에너지 저장부(230)는 배터리 관리부(231) 및 배터리(232)를 포함한다. 배터리 관리부(231)는 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 생성된 전기에너지를 공기를 정화를 위한 동력으로 공급한다. 이러한 에너지 저장부(230)는 BMS(Best management system) 및 ESS(Energy storage system)를 포함한다. 그리고, 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 전력 공급 없이도 구동이 가능하도록 여분의 전기를 배터리(232)에 저장한다.
모터(240)는 에너지 저장부(230)로부터 공급되는 동력을 이용하여 도 2에 나타낸 워터 퓨어를 구동시킬 수 있다.
산소 배기구(250)는 공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 배출한다. 산소 배기구(250)는 수전해부에서 생성된 산소가 분산되어 배출되도록 팬(fan)(260)을 통해 정화된 공기를 배출할 수 있다.
또한, 가습기(270)는 공급된 용수를 초음파 진동식, 가열식, 자연 증발식, 또는 노즐 방식 중 어느 하나를 통해 분무하거나 증발시켜 수증기를 생성하여 실내의 습도를 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템의 전력 공급 방법을 나타내는 흐름도이다.
제안하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템의 전력 공급 방법은 수전해부에 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급하는 단계(310), 공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 에너지 생성부에 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성하는 단계(320), 생성된 전기에너지를 에너지 저장부를 통해 공기를 정화를 위한 동력으로 공급하는 단계(330), 공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 산소 배기구를 통해 배출하는 단계(341) 및 공급된 용수를 초음파 진동식, 가열식, 자연 증발식, 또는 노즐 방식 중 어느 하나를 통해 분무하거나 증발시켜 수증기를 생성하는 가습기를 이용하여 실내의 습도를 조절하는 단계(342)를 포함한다.
단계(310)에서, 수전해부에 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급한다.
수전해부는 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급한다. 먼저, 태양광 패널은 태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용한다. 수전해 처리부는 주입부를 통해 여과 및 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 산소 및 청정 수소가스를 발생시킨다. 가스 제어부는 수전해 처리를 통해 생성된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급한다. 수소 정제부는 발생된 수소를 흡착제를 이용한 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환한다. 수소 저장부는 정제된 수소가스를 저장한다.
단계(320)에서, 공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 에너지 생성부에 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성한다.
에너지 생성부(다시 말해, 연료전지)는 공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성한다. 에너지 생성부는 수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 연료전지를 이용하여 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다.
단계(330)에서, 생성된 전기에너지를 에너지 저장부를 통해 공기를 정화를 위한 동력으로 공급한다.
배터리 관리부는 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 생성된 전기에너지를 공기를 정화를 위한 동력으로 공급한다. BMS(Best management system) 및 ESS(Energy storage system)를 포함하는 에너지 저장부는 별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 전력 공급 없이도 구동이 가능하도록 여분의 전기를 배터리에 저장한다.
단계(341)에서, 공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 산소 배기구를 통해 배출한다.
모터는 에너지 저장부로부터 공급되는 동력을 이용하여 워터 퓨어를 구동시킬 수 있다. 산소 배기구는 공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 배출한다. 이때, 수전해부에서 생성된 산소가 분산되어 배출되도록 팬(fan)을 통해 배출할 수 있다.
또한, 단계(342)에서 공급된 용수를 초음파 진동식, 가열식, 자연 증발식, 또는 노즐 방식 중 어느 하나를 통해 분무하거나 증발시켜 수증기를 생성하는 가습기를 이용하여 실내의 습도를 조절할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 공기 청정 시스템에 있어서,
    공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급하는 수전해부;
    공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성하는 에너지 생성부;
    별도의 에너지 충전을 필요로 하지 않고, 생성된 전기에너지를 공기를 정화를 위한 동력으로 공급하는 에너지 저장부;
    공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 배출하는 산소 배기구; 및
    공급된 용수를 초음파 진동식, 가열식, 자연 증발식, 또는 노즐 방식 중 어느 하나를 통해 분무하거나 증발시켜 수증기를 생성하여 실내의 습도를 조절하는 가습기
    를 포함하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    수전해부는,
    태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용하기 위한 태양광 패널;
    여과 및 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 산소 및 청정 수소가스를 발생시키는 수전해 처리부;
    수전해 처리를 통해 생성된 수소가스의 압력을 조절하고, 공급하는 가스 제어부;
    발생된 수소를 흡착제를 이용한 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환하는 수소 정제부; 및
    정제된 수소가스를 저장하는 수소 저장부
    를 포함하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    에너지 생성부는,
    수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 연료전지(130)를 이용하여 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산하는
    에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    산소 배기구는,
    수전해부에서 생성된 산소가 분산되어 배출되도록 팬(fan)을 통해 배출하는
    에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템.
  5. 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템의 전력 공급 방법에 있어서,
    수전해부에 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급하는 단계;
    공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 에너지 생성부에 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성하는 단계;
    생성된 전기에너지를 에너지 저장부를 통해 공기를 정화를 위한 동력으로 공급하는 단계;
    공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 산소 배기구를 통해 배출하는 단계; 및
    공급된 용수를 초음파 진동식, 가열식, 자연 증발식, 또는 노즐 방식 중 어느 하나를 통해 분무하거나 증발시켜 수증기를 생성하는 가습기를 이용하여 실내의 습도를 조절하는 단계
    를 포함하는 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템의 전력 공급 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    수전해부에 공급된 용수를 이용하여 수전해 처리를 통해 수소와 산소를 생성하고, 생성된 수소가스의 압력을 조절하여 에너지 생성부에 수소가스를 공급하는 단계는,
    태양광 에너지를 이용하여 초기 수전해 처리에 필요한 전력을 공급하고 예비 전력으로 활용하고, 여과 및 정수된 용수가 공급되어 태양광 에너지를 이용한 수소 전기 분해를 통해 산소 및 청정 수소가스를 발생시키며, 수전해 처리를 통해 생성된 수소가스의 압력을 조절하고, 발생된 수소를 흡착제를 이용한 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환하여 저장하는
    에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템의 전력 공급 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    공기를 정화를 위한 동력원으로 사용하기 위해 에너지 생성부에 공급된 수소가스를 기반으로 전기에너지를 생성하는 단계는,
    수전해 처리를 통해 생산되고 수소 정제 과정을 통해 고순도의 청정 수소가스로 변환된 수소가스와 산소를 연료전지를 이용하여 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산하는
    에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템의 전력 공급 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    공기를 정화를 위해 수전해부에서 생성된 산소를 산소 배기구를 통해 배출하는 단계는,
    수전해부에서 생성된 산소가 분산되어 배출되도록 팬(fan)을 통해 배출하는
    에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 퓨어 시스템의 전력 공급 방법.
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