KIMM_logo

수분 분리 수소엔진 기술

C07

Hydrogen Engine Power-pack Technology for Unmanned mobility

TRL4: Lab Scale 시제품 개발 단계

한줄 기술 요약

 

수소는 중량당 에너지 밀도가 높아서 한 번 충전으로 장시간 운항을 지속 가능이며, 환경적관점에서도 무공해 연료라는 긍정적인 부분이 존재하여 유망한 미래 동력 기술로 떠오르고 있음.

소의 독특한 연소특성인 넓은 가연한계 및 작은 점화에너지를 이용하고자 수소기관개발에 착수하여 유용성을 입증하였고, 수소경제로 인도하는 교두보의 역할을 할 것으로 평가하고 있음

개발배경 및 해결과제

  • 흡기관분사식은 역화를 제외하면 고효율이며 구조가 간단하고 저압수소를 사용하여 상용화가 용이하므로 역화제어에 관한 방안이 모색되어야 함
  • 피스톤을 통과한 연소가스는 고온이고 수분을 다량 함유하고 있어 엔진오일을 빠른 속도로 열화 및 산화시키는 문제점이 있기 때문에 이를 활용하여 엔진의 성능 및 효율을 높이는 기술이 필요함

기술의 우수성

  • 무탄소 연료를 이용하여 무인이동체용 동력원으로 사용함으로써 온실가스 배출 저감에 기여
  • 리튬이온 배터리 및 화석 연료 대비 우수한 에너지밀도(무게)를 보유함
  • 특히 액체수소는, 기체수소 대비 부피당 고 에너지밀도로, 수소엔진 이용시 비행시간 증대 가능으로 수행 임무활용 영역을 확대 가능
  • 안정적인 전력공급 위한 무인이동체용 수소엔진 파워팩의 수소 연료 공급시스템 / 엔진 성능 최적화함

기술의 차별성

  • 직접분사식 수소 연료 공급 시스템 구축 및 기초 윤활 시스템 적용 등을 바탕으로 엔진 출력 7.42 kW 확보함
  • 역화 발생/조기점화와 같은 이상연소 현상을 방지하고 점화 및 분사 제어를 통한 엔진 연소 안정성 확보 및 75분 연속 운전 데이터 확보
  • 드론용 파워팩 적용을 위한 엔진 비출력 1.14 kW/kg 확보하여 장기 운전이 가능한 고부하 무인이동체(드론, 로봇) 구동용 수소엔진 개발

기술구현

  • 수소 엔진의 역화에 대처하기 위해 기존의 흡기관에 물을 분사하는 방법의 구현 및 다량의 수분을 포함하는 연소가스(블로바이 가스)에 의한 블로바이가스와 오일이 지나가는 유로를 배기관 쪽에 위치하고 수분분리기를 위치함으로써, 수분을 분리하여 원하는 시기에 공급하고 오일과는 분리함

기술구현 2

  • 블로바이 가스 내의 수분을 분리함으로써 엔진오일의 윤활 특성을 유지하며 내구성을 확보할 수 있음

활용분야

  • 인명 구조 및 탐사
  • 사물 이동 또는 배송
  • 위험물 제거
  • 전투 또는 반복 작업

적용제품

  • 고중량 드론
  • 선박/잠수정
  • Personal mobility
  • 협업 로봇

패밀리 특허

  • 이중 분사 가스엔진(등록: 10-2165282)

  • 역화 방지 수소엔진(등록: 10-2027498)

  • 과잉산소 재순환을 이용한 준무배기 엔진 및 그 제어 방법(등록:10-2193900)

시장전망

  • 신재생 에너지의 저장원으로 최근 각광받고 있는 수소 에너지는 향후 그 인프라 구축 및 확대 잠재력이 클 것으로 전망됨. 수소연료전지의 가격은 kW당 천만원 수준으로 높기 때문에, 수소 에너지를 적극적으로 활용할 수 있는 내연기관 기반의 엔진 기술이 발전해야만 수소 에너지 인프라 확대에 맞추어 수요를 충족할 것으로 예상