JP6106267B2 - 太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置に関し、より詳しくは、家屋の屋根または壁面に設けられ、一つのフレーム内に温水、温水と電気、電気の生産ができるように３種類の装置を備えることで、冬季には太陽光を用いて給湯と暖房及び一部の少量の電気を生産することができ、夏季には太陽光を電気に変換させて発電させることで、冷房用電気への適用を可能にした、太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置に関する。
一般的に太陽エネルギーは、光を用いて熱と電気に用いることができ、無公害性及び無限性により代替エネルギーとして最も選好されており、太陽電池を用いた電力生産に使われ、また、太陽光を用いた温水は暖房用及び生活温水などの幅広い研究及び商用化が進行されている。
現在、最も多く使われている太陽エネルギー利用技術は、太陽光ボイラーシステムとソーラーセルを用いた充電装置であるだろう。
太陽光ボイラーシステムは、屋上に設置された集熱板と、前記集熱板の熱によって加熱される受熱管及び貯蔵タンクと循環ポンプで構成される。
よって、暖房及び温水の使用が多い冬季には、太陽光ボイラーシステムを使うことで電気使用量を節減させることができ、エネルギーの節約及び環境保護の利点を有していた。
一方、夏季には暖房及び温水の使用が多くないので、太陽光ボイラーシステムを事実上使わなくなるので、いたずらに空間を占めるという短所があった。
本発明は、上記の従来技術の問題点を解消するために案出されたものであって、冬季には太陽光を用いて一部の電気及び温水を発生させて給湯と暖房を実施することができ、夏季には太陽光を用いて発電させることで冷房用電源として供給されるようにして、冷房機に使われる電気エネルギーを補助することができ、エネルギーの節減及び環境保護を図ることができる太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置を提供することにその目的がある。
上記の本発明の目的は、建物の屋根及び壁面に設けられ、一定面積を有するフレームと、前記フレームの内部に多数装着され、太陽光を集光して電気を生産する発電部と、前記フレームの内部に埋め立てられ、太陽光を吸収して暖房及び給湯を行う給湯部と、を含むことを特徴とする、太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置によって達成されることができる。
前記発電部は、ケースと、前記ケースの内部に収納され、外面に太陽電池が形成された集光ベルトと、前記集光ベルトを広げたり巻き取らせる動力を発揮する駆動手段と、前記太陽電池から生産された電気を貯蔵する蓄電器と、前記駆動手段の作動を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。
前記集光ベルトは、前記太陽電池が取り付けられた板部と、太陽光が透過されるように開口されている空間部で構成され、前記空間部の両側には前記板部と連結される帯部が形成されており、前記板部と帯部のそれぞれは前記駆動手段に連結されることを特徴とする。
前記駆動手段は、前記集光ベルトの板部と帯部の末端にそれぞれ固定された第１及び第２のシャフトと、前記第１及び第２のシャフトをそれぞれ逆に回転させ、前記集光ベルトを巻き取らせたり広げて展開させる第１及び第２のモーターと、を含むことを特徴とする。
前記給湯部は、前記建物の屋根に設けられ、前記発電部の下部に設けられ、水が貯蔵された小型タンクと、一端に引入口と引出口を有する「Ｕ」字状であり、前記小型タンクに引入口と引出口が連結された受熱管と、前記小型タンクと配管に通じるように連結され、温水を貯蔵する大型タンクと、を含むことを特徴とする。
前記受熱管は、前記ケースの集光ベルトの下部に配置され、外面に熱吸収膜が塗布されたことを特徴とする。
前記受熱管は、下向きに傾くように装着され、引入口に流入された冷水が加熱された後に温水に変換され、上昇して引出口を通じて小型タンクに循環されるようにしたことを特徴とする。
前記フレームの下部には、断熱と採光が容易な仕上げパネルが取り付けられ、前記仕上げパネルは、透光性を有するように透明な材質からなる本体と、前記本体の内部に充填された断熱材及び受熱管で構成され、前記本体の内側には中空部を含むことを特徴とする。
前記発電部は、前記フレームの設置空間に結合されるケースと、前記ケースの内部に収納され、外面に太陽電池が形成された集光ベルトと、前記集光ベルトを広げたり巻き取らせる動力を発揮する駆動手段と、前記太陽電池から生産された電気を貯蔵する蓄電器と、前記駆動手段の作動を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。
前記発電部は、多数設置された各受熱管の外側に設けられて回転され、太陽電池が外面に形成された多数の集光板と、前記多数の集光板を回転させ、受熱管の上部または下部位置の中の何れか一つの位置に選択的に配置されるように駆動させる駆動手段と、前記太陽電池から生産された電気を貯蔵する蓄電器と、前記駆動手段の作動を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、住宅において、冬季には太陽光を用いて一定量の電気を生産するか、または、温水を発生させて給湯と暖房を実施することができ、夏季には太陽光を用いて発電させることで、冷房用電源として供給されるようにして、冷房機に使われる電気エネルギーの使用を補助することができるため、エネルギーの節減及び環境保護を図ることができる効果がある。
本発明に係る太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置の構成を示す図である。 本発明に係る太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置の構成を示す図である。 本発明に係る太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置において、「発電部」の第１の実施例を示す断面図である。 本発明に係る太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置において、「発電部」の第１の実施例を示す平面図である。 本発明の「発電部」の第２の実施例を示す図である。 本発明の「発電部」の第３の実施例を示す図である。
以下、本発明の望ましい実施例について、添付の図面に基づいて詳細に説明すれば次のようである。
図１及び図２は、本発明に係る太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置の構成を示す図であり、図３は、本発明に係る太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置において、「発電部」の第１の実施例を示す断面図であり、図４は、本発明に係る太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置において、「発電部」の第１の実施例を示す平面図である。
図１〜図４に示すように、本発明の第１の実施例による太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置Ａは、建物の屋根及び壁面に設けられ、一定面積を有するフレーム１と、前記フレーム１の内部に多数装着され、太陽光を集光して電気を生産する発電部２と、前記フレーム１の内部に埋め立てられ、太陽光を吸収して暖房及び給湯を行う給湯部３と、を含んで構成される。
フレーム１は屋根の全面積に対して設けられ、望ましくは碁盤のように格子型に形成され、このように格子型の構造に形成されることで、発電部２が設置されることができる設置空間１０が多数設けられる。
通常、屋根が長方形であることを考慮して、フレーム１も長方形に形成され、前記設置空間１０も長方形に形成される。
発電部２は、電力使用が多くて、暖房や温水の使用が殆どない夏季に主に使われる。
すなわち、夏季には暖房や温水機能を使わずに発電部２を主に作動させ、太陽電池を用いて発電を実施するようになる。
前記発電部２は、フレーム１の各設置空間１０毎に設けられ、その設置個数は発電量と直接的な関連があるので、適正個数が設置されることが望ましい。
発電部２の一実施例は、前記フレーム１の設置空間に結合されるケース２１と、前記ケース２１の内部に収納され、外面に太陽電池が形成された集光ベルト２２と、前記集光ベルト２２を広げたり巻き取らせる動力を発揮する駆動手段と、前記太陽電池から生産された電気を貯蔵する蓄電器２４と、前記駆動手段の作動を制御する制御部２６と、を含んで構成される。
ケース２１は、大略長方形に形成され、内部が空いており、空間を有するように形成され、他のケースとの結合が容易であるように連結手段が具備される。
連結手段の一例には、ケース２１の外面に長さを有する突起と溝をそれぞれ形成することで他のケースとの締め付け結合が可能になるようにし、また、他のケースと連結ピンを用いて連結されることができる。
このようなケース２１の締め付け結合構造により、地震の発生時に破損が防止されることができる。
集光ベルト２２は、外面に太陽光を集光することができるように、所定の面積を有するように薄膜型の太陽電池が取り付けられた板部２２１と、太陽光が透過するように開口されている空間部２２２で構成され、前記空間部２２２の両側には前記板部２２１と連結される帯部２２３が形成される。
前記駆動手段の作動により、集光ベルト２２が正回転または逆回転を行うことで、太陽電池が取り付けられた板部２２１が広げられたり巻かれて巻き取られるようにし、集光ベルト２２が巻き取られるようになれば太陽光が給湯部３に直接に照射されることができる。
前記駆動手段の一実施例には、図３及び図４に示すように、前記集光ベルト２２の板部２２１と帯部２２３の末端にそれぞれ固定設置された第１及び第２のシャフト６１、６２；前記第１及び第２のシャフト６１、６２をそれぞれ逆に回転させ、前記集光ベルト２２を巻き取らせたり広げて展開させる第１及び第２のモーター６３、６４を含んで構成される。
上記言及した駆動手段は一例に過ぎず、必ずこれに限定される必要はなく、集光ベルト２２を巻き取り及び展開させることができる動力を発揮するために多様な構造に変形して実施され得る。
前記第１及び第２のモーター６３、６４は、室内でユーザーが制御部２６を操作してオン・オフ作動が制御されるものであり、より正確な回転数が調節できるようにギヤードモータが適用されることが望ましい。
一方、本発明は、冬季には給湯専用で使うようになる。
よって、発電部２の集光ベルト２２を巻き取らせれば、空間部２２２を通じて太陽光が直接に給湯部３に照射され、暖房及び温水を得ることができる。
給湯部３は、建物の屋根に設けられ、発電部２の下部に設けられ、水が貯蔵された小型タンク３２と、前記小型タンク３２に連結されるように、一端に引入口と引出口が形成されて「Ｕ」字状である受熱管３１と、前記小型タンク３２と連結され、温水を貯蔵する大型タンク３６と、を含んで構成される。
受熱管３１は、前記ケース２１の集光ベルト２２の下部に配置され、外面に黒色の熱吸収膜が塗布されたものが適用される。
集光ベルト２２が巻き取られるようになれば、太陽電池が形成された板部２２１は第１のシャフト６１に巻かれて巻き取られ、これと同時に空間部２２２が露出され、この空間部２２２を通じて太陽光が入射されて直接に受熱管３１を加熱するようになるので、その内部に流れる水を加熱させるようになる。
望ましくは、受熱管３１は、下向きに傾くように装着され、オーバーフロー方式で水が循環されるようにする。
すなわち、受熱管３１の引入口に流入された冷水が太陽光の輻射熱によって加熱されて温水に変わり、さらに、冷水が流入され続けることで、温水は引出口を通じてオーバーフローされて小型タンク３２に流入されるようにする。
また、前記小型タンク３２と大型タンク３６とを連結する配管には、水の循環を誘発するために給水ポンプ（未図示）が装着される。
一方、前記フレーム１の下部には、外部から雨、雪、風が室内に直接に流入されないように屋根が設置されるところ、前記屋根は、断熱と採光が容易な仕上げパネル５を多数連結して製作される。
前記仕上げパネル５は、透光性を有するように透明な材質からなる本体５１と、前記本体５１の内部に充填された断熱材及び受熱管５２で構成され、前記本体５１の内側には中空部５３が形成されることで、断熱効果と共に保温効果が倍加されることができる。
すなわち、中空部５３の空気が室内の温度によって加温された状態を維持するようになり、外部の低温空気が直接に室内空気と接触されないように遮断することで、断熱効果を増進させることができる。
前記仕上げパネル５に埋め立てられた受熱管５２は、１列配列または２列配列からなり、未図示の水タンクに連結され、受熱管５２が１列配列である場合、透光性が向上してインテリア効果も得ることができる。
前記本体５１は、両端部に結合部が形成されて他の仕上げパネルと連結されるようにする。
前記結合部の一例には、一側の仕上げパネル５の上部両側に短辺５８が形成され、他側の仕上げパネル５は本体５１の上部両側に前記短辺５８と結合されるように溝５９が形成される。
よって、一側の仕上げパネル５ａの短辺５８を他側の仕上げパネル５ｂの溝５９に挿入し、前記短辺５８と溝５９との連結部位に接着剤を塗布して接着させることで、気密な結合状態が維持可能になる。
このように構成された本発明の設置及び作動について説明すれば、次のようである。
先ず、屋根を製作するために多数の仕上げパネル５を連結する。
その後、仕上げパネル５の上部にフレーム１を設置し、各設置空間１０毎に発電部２を設置する。
すなわち、フレーム１の設置空間１０に発電部２のケース２１を挿入した後、ボルトのような締結手段を用いて結合させる。
この際、ケース２１の内部には駆動手段を設置し、前記駆動手段によって巻き取り及び展開されるように集光ベルト２２が結合される。
その後、集光ベルト２２の下部に受熱管３１を多数設置し、前記受熱管３１に通じるように連結して小型タンク３２を設置し、前記小型タンク３２は外部の大型タンク３６と配管により連結させることで本発明の設置が完了する。
その後、夏季には発電を主な用途で使うようになるので、室内で制御部２６を操作し、集光ベルト２２を広げて太陽電池が露出されるようにして集光し、これを通じて発電するようになる。
集光ベルト２２の展開率は、全面的に対して３０％、６０％、９０％に設定されることができ、これを必ず限定する必要はない。
さらに、集光ベルト２２の展開作動は、ユーザーが直接に行う手動式であるか、または太陽感知センサーと連動されたプログラムの制御により自動実行されることができる。
前記発電部２から生産された電気は、室内の冷房機の電力として使われることができ、電気使用量の節減が可能になる。
図５は、本発明の「発電部」の第２の実施例を示す図である。
図５に示すように、本発明に係る「発電部」の第２の実施例Ａ２は、前記フレーム１の設置空間に結合されるケース２１ａと、前記ケース２１ａの内部に積層されるように収納され、スライディングにより折って綴られ、外面に太陽電池Ｓが形成された多数のプレートＰと、前記太陽電池Ｓから生産された電気を貯蔵する蓄電器２４ａと、前記多数のプレートＰを折って綴って作動させる駆動手段Ｔと、前記駆動手段Ｔの作動を制御する制御部２６ａと、を含んで構成される。
前記多数のプレートＰは、硬質または軟質の板材であり、外面に太陽電池Ｓが形成されたものであり、各プレートＰは互いに連結されており、スライディングによって折って綴られることができる。
すなわち、上部プレートＰｕの底面にガイド突起Ｐ３が形成され、下部プレートＰｄの上面に前記ガイド突起Ｐ３が挿入される一定長さのレールＰ４が形成され、下部プレートＰｄが前進及び後進しながら折って綴られることができる。
望ましくは、上部プレートＰｕと下部プレートＰｄが分離されないように、ガイド突起Ｐ３及びレールＰ４は、その断面が「⊥」字状に形成されて相互結合される。
前記駆動手段Ｔは、前記多数のプレートＰを一つずつ順次引出して展開するか、また折って保管されるように動力を発揮するものである。
前記駆動手段Ｔの一例には、前記多数のプレートＰの中、最下部のプレートＰｅに形成されたブラケットが連結された一定長さのチェーンＴ４と、前記チェーンＴ４が結合され、一定間隔で離隔設置された起動及び従動スプロケットＴ１、Ｔ２、前記起動スプロケットＴ１に連結されたモーターＴ３で構成される。
これは一例に過ぎず、その他にも多様な形態で実施され得ることは当然である。
図６は、本発明の「発電部」の第３の実施例を示す図である。
図６に示すように、本発明の「発電部」の第３の実施例Ａ３は、多数設置された各受熱管３１の外側に設けられて回転され、太陽電池Ｓが外面に形成された多数の集光板Ｃと、前記多数の集光板Ｃを回転させて受熱管３１の上部または下部位置の中の何れか一つの位置に選択的に配置されるように駆動させる駆動手段と、前記太陽電池Ｓから生産された電気を貯蔵する蓄電器２４ｂと、前記駆動手段の作動を制御する制御部２６ｂと、を含んで構成される。
前記多数の集光板Ｃは弧形に形成され、金属またはプラスチックからなり、外面に太陽電池が形成され、一端部に駆動手段が連結される。
前記駆動手段は、前記多数の集光板を同時に、または個別的に回転させるためのものであり、前記多数の集光板Ｃが受熱管３１の上部または下部に選択的に位置されるようにして、暖房及び給湯用、または発電用に転換されることができるようにする。
前記駆動手段の一例には、多数の集光板Ｃが取り付けられた多数の回転軸、前記多数の回転軸の末端に形成されたスプロケット、前記スプロケットを連結するチェーンのような連結部材と、前記連結部材を回転させるモーターで構成される。
すなわち、図６の（ａ）に示すように、冬季には集光板Ｃを受熱管３１の下部に位置付ければ、太陽光が受熱管３１に照射され、内部の水を沸かすことで暖房及び給湯が可能になる。
一方、図６の（ｂ）に示すように、夏季には集光板Ｃを受熱管３１の上部に位置付ければ、太陽光を用いた発電が行われる。
本発明は上記言及された望ましい実施例と関連して説明されているが、発明の要旨と範囲を超えることなく多様な修正及び変形が可能であることは当業者であれば容易に認識できるはずであり、このような変更及び修正の何れも添付の請求の範囲に属していることは自明である。
本発明は、家屋の屋根または壁面に設けられ、一つのフレーム内に温水、温水と電気、電気の生産ができるように３種類の装置を備えることで、冬季には太陽光を用いて給湯と暖房及び一部の少量の電気を生産することができ、夏季には太陽光を電気に変換させて発電させることで、冷房用電気への適用を可能にした、太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置に使用可能である。
１ フレーム
２ 発電部
３ 給湯部
４ レール
５ 仕上げパネル
２２ 集光ベルト
３１ 受熱管
Ｐ プレート
Ｃ 集光板

Claims (5)

  1. 建物の屋根に設けられ、一定面積を有するフレームと、
    前記フレームの内部に多数装着され、太陽光を集光して電気を生産する発電部と、
    前記フレームの内部に埋め立てられ、太陽光を吸収して暖房及び給湯を行う給湯部と、
    からなり、
    前記発電部は、
    ケースと、
    前記ケースの内部に収納され、外面に太陽電池が形成された集光ベルトと、
    前記集光ベルトを広げたり巻き取らせる動力を発揮する駆動手段と、
    前記太陽電池から生産された電気を貯蔵する蓄電器と、
    前記駆動手段の作動を制御する制御部と、
    を含み、
    前記集光ベルトは、前記太陽電池が取り付けられた板部と、太陽光が透過されるように開口されている空間部で構成され、前記駆動手段により前記板部と前記空間部とを巻き取らせたり広げて展開する構成において、
    前記給湯部が、
    水が貯蔵される小型タンクと、
    前記小型タンクに連結され、前記集光ベルトが巻き取られたときに開口した空間部の下方に配置され、外面に熱吸収膜が形成された受熱管と、
    を含むことを特徴とする太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置。
  2. 前記集光ベルトの前記空間部の両側には前記板部と連結される帯部が形成されており、
    前記板部と帯部のそれぞれは前記駆動手段に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置。
  3. 前記駆動手段は、
    前記集光ベルトの板部と帯部の末端にそれぞれ固定された第１及び第２のシャフトと、
    前記第１及び第２のシャフトを回転させ、前記集光ベルトを巻き取らせたり広げて展開させる第１及び第２のモーターと、
    を含むことを特徴とする、請求項２に記載の太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置。
  4. 前記発電部は、
    前記フレームの設置空間に結合されるケースと、
    前記ケースの内部に収納され、外面に太陽電池が形成された集光ベルトと、
    前記集光ベルトを広げたり巻き取らせる動力を発揮する駆動手段と、
    前記太陽電池から生産された電気を貯蔵する蓄電器と、
    前記駆動手段の作動を制御する制御部と、
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置。
  5. 建物の屋根及び壁面に設けられ、一定面積を有するフレームと、
    前記フレームの内部に多数装着され、太陽光を集光して電気を生産する発電部と、
    前記フレームの内部に埋め立てられ、太陽光を吸収して暖房及び給湯を行う給湯部と、
    を含む構成において、
    前記発電部は、
    多数設置された各受熱管の外側に設けられて回転され、
    太陽電池が外面に形成された多数の集光板と、
    前記多数の集光板を回転させ、受熱管の上部または下部位置の中の何れか一つの位置に選択的に配置されるように駆動させる駆動手段と、
    前記太陽電池から生産された電気を貯蔵する蓄電器と、
    前記駆動手段の作動を制御する制御部と、
    を含むことを特徴とする太陽エネルギーを用いた暖房及び発電装置。
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