KR101392467B1 - 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템은 태양전지판과 풍력발전기, 수력발전기 중의 어느 하나 이상에서 생산되는 전기로 실내를 냉난방하는 것으로 이루어지는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템에 있어서, 태양전지판과 풍력발전기, 수력발전기 중의 어느 하나 이상에서 출력되는 전기를 안정화하여 일정한 전압과 안정된 전류를 출력하는 충전제어기; 상기 충전제어기에서 출력되는 전기를 충전하는 배터리; 상기 배터리의 전압과 전류를 검출하여 배터리에 충전된 전압과 전류의 정도에 따라 상기 충전제어기에 전기적인 신호를 출력하는 전압전류검출기; 실내의 온도와 난방수의 온도를 검출하여 상기 배터리에서 인가되는 전기를 출력하는 온도검출제어기; 상기 온도검출제어기에서 출력되는 전기로 물을 전기분해하여 수소와 산소로 분리하는 전기분해기; 상기 전기분해기에서 발생되는 수소와 산소를 연료로 하여 실내를 난방하는 수소가스보일러; 상기 배터리의 전기를 교류 전기로 가변함과 아울러 승압 출력하는 인버터; 그리고 상기 인버터에서 출력되는 전기로 실내를 냉방하는 에어컨으로 이루어진다.
따라서 본 발명은 태양광 등에서 생산되는 전기에너지를 배터리에 충전하여 배터리의 전기로 물을 전기분해하여 보일러의 연료로 사용하기 때문에 이산화탄소 등과 같은 유해가스가 보일러에서 배출되지 않아 전체 사용자에 따라 거시적으로 이산화탄소의 배출량을 줄여서 지속적이고 재생 가능하며, 배터리의 전기로 가정이나 실내 공간에 사용되는 에어컨을 작동하기 때문에, 외부의 전기 사용량을 절감하여 외부에서 공급되는 전기를 생산하기 위한 설비에서 발생되는 유해가스 등을 줄여서 지속적이고 재생 가능하다는 이점이 있다.

Description

신재생에너지를 이용한 냉난방시스템{HEATING AND COOLING SYSTEM USING NEW RENEWABLE ENERGY}

본 발명은 태양광 등에서 생산되는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가정이나 실내 공간에 사용되는 에어컨과 보일러에 전기를 공급함과 아울러 보일러에서 유해 가스가 발생되는 것을 방지하여 거시적으로 이산화탄소의 배출량을 줄여서 지속적이고 재생 가능한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템에 관한 것이다.

건축물에서 신재생에너지를 이용한 설비를 설치하여 거시적으로 환경오염을 줄일 수 있는 바, 실내의 냉난방을 위한 수단으로서 히팅펌프시스템이 많이 사용되고 있다.

즉 공동주택 등의 주거용 건축물에 설치되는 히트펌프시스템은 전기식 또는 지열식을 많이 사용되며, 친환적인 측면에서는 지열식 히팅펌프시스템이 많이 사용되며, 니는 연간 일정한 온도를 유지하는 지중과 기온 간의 온도차를 이용하여 실내의 냉방 및 난방, 급탕이 가능한 시스템으로서, 건축물의 일반적인 냉난방 시스템에 비해 열효율이 우수한 시스템이다.

그러나 공동주택 등의 주거용 건축물에서 신재생 에너지 시스템으로서 설치되는 지열식 히트펌프시스템은 냉방 및 난방 운전 개시 후, 시간이 경과함에 따라 지중의 열이 소모되면서 열 회복력의 저하로 인하여 시스템의 성능이 저하되고, 이로 인하여 실내의 냉방 및 난방의 온도 유지에 한계가 발생한다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양광 등에서 생산되는 전기에너지를 배터리에 충전하여 배터리의 전기로 물을 전기분해하여 보일러의 연료로 사용함과 아울러 배터리의 전기로 실내의 에어컨을 작동함으로써, 가정이나 실내 공간에 사용되는 에어컨과 보일러에 전기를 공급함과 아울러 보일러에서 유해 가스가 발생되는 것을 방지하여 거시적으로 이산화탄소의 배출량을 줄여서 지속적이고 재생 가능한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 태양전지판과 풍력발전기, 수력발전기 중의 어느 하나 이상에서 생산되는 전기로 실내를 냉난방하는 것으로 이루어지는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템에 있어서, 태양전지판과 풍력발전기, 수력발전기 중의 어느 하나 이상에서 출력되는 전기를 안정화하여 일정한 전압과 안정된 전류를 출력하는 충전제어기; 상기 충전제어기에서 출력되는 전기를 충전하는 배터리; 상기 배터리의 전압과 전류를 검출하여 배터리에 충전된 전압과 전류의 정도에 따라 상기 충전제어기에 전기적인 신호를 출력하는 전압전류검출기; 실내의 온도와 난방수의 온도를 검출하여 상기 배터리에서 인가되는 전기를 출력하는 온도검출제어기; 상기 온도검출제어기에서 출력되는 전기로 물을 전기분해하여 수소와 산소로 분리하는 전기분해기; 상기 전기분해기에서 발생되는 수소와 산소를 연료로 하여 실내를 난방하는 수소가스보일러; 상기 배터리의 전기를 교류 전기로 가변함과 아울러 승압 출력하는 인버터; 그리고 상기 인버터에서 출력되는 전기로 실내를 냉방하는 에어컨으로 이루어지는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템을 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템은 태양광 등에서 생산되는 전기에너지를 배터리에 충전하여 배터리의 전기로 물을 전기분해하여 보일러의 연료로 사용하기 때문에 이산화탄소 등과 같은 유해가스가 보일러에서 배출되지 않아 전체 사용자에 따라 거시적으로 이산화탄소의 배출량을 줄여서 지속적이고 재생 가능하며, 배터리의 전기로 가정이나 실내 공간에 사용되는 에어컨을 작동하기 때문에, 외부의 전기 사용량을 절감하여 외부에서 공급되는 전기를 생산하기 위한 설비에서 발생되는 유해가스 등을 줄여서 지속적이고 재생 가능하다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템의 일 예를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템의 다른 예를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템의 또다른 예를 각각 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템에 적용되는 충전제어기를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템에 적용되는 수력발전기의 사용 상태를 나타내는 개략적인 구성도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템을 나타내는 도면으로서, 태양광과 풍력, 수력 중의 어느 하나 이상에서 생산되는 전기로 실내를 냉난방하는 구조로 이루어진다.

즉 본 발명에서는 태양전지판(1)와 풍력발전기(11), 수력발전기(13) 중의 어느 하나 이상에 충전제어기(2)가 연결되고, 상기 충전제어기(2)에 배터리(3)가 연결되고, 상기 충전제어기(2)와 배터리(3) 사이에 전압전류검출기(4)가 연결되고, 상기 배터리(3)에 온도검출제어기(5)가 연결되고, 상기 온도검출제어기(5)에 전기분해기(6)가 연결되며, 상기 전기분해기(6)에서 발생되는 수소와 산소가 수소가스보일러(7)의 연료로 사용되고, 상기 전압전류검출기(4)에 인버터(8)가 연결되어 인버터(8)와 연결된 에어컨(9)이 상기 배터리(3)의 전기에 의해 가동되는 것이다.

여기서 상기 태양전지판(1)은 태양광을 전기로 가변하는 것이고, 상기 풍력발전기(11)는 풍력을 전기로 가변하는 것이며, 상기 수력발전기(12)는 수력을 전기로 가변하는 것이다.

물론 상기 태양전지판(1)과 풍력발전기(11)는 외기에 설치되며, 이에 따라 태태양전지판(1)어 태양광에 의해 전기를 생산하게 되고, 풍력발전기(11)는 외기의 바람에 의해 전기를 생산하게 됨을 자명한 것이다.

예컨대 상기 수력발전기(12)는 실내에서 사용되는 수돗물의 흐름에 의해 전기를 발생할 수 있도록 수도배관에 연결할 수 있으며, 또한 도 5에 도시한 바와 같이 우천시 빗물을 내장하는 제1빗물내장통(21)에서 흘러나오는 빗물을 다시 내장하는 제2빗물내장통(22)를 구비한 상태에서 상기 제1,2빗물내장통(21,22) 사이에 전자밸브(23)과 함께 상기 수력발전기(12)가 연결됨과 아울러 상기 제2빗물내장통(22)의 빗물을 제1빗물내장통(21)로 이송하는 펌프(24)가 상기 제1,2빗물내장통(21,22) 사이에 연결되며, 배터리(3)에 충전된 전기량이 부족하면 전압전류검출기(4)에서 이를 검출하여 상기 전자밸브(23)를 개방하여 수력발전기(12)로 전기를 생산하게 하고, 배터리(3)에 충전된 전기량이 과도하게 많으면 전압전류검출기(4)에서 이를 검출하여 상기 펌프(24)를 가동하여 상기 제2빗물내장통(22)의 빗물을 제1빗물내장통(21)로 이송하게 된다.

아무튼 상기 충전제어기(2)는 상기 태양전지판(1)과 풍력발전기(11), 수력발전기(12) 중의 어느 하나 이상에서 출력되는 전기를 안정화하여 일정한 전압과 안정된 전류를 출력하게 되는 바, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 태양전지판(1) 등에서 생산되는 전압과 전류 중에 전압을 낮추어서 일정하게 함과 아울러 전류량을 안정화한 뒤, 전압을 다시 승압하여 펄스 방식으로 배터리에 전기를 인가하게 되며, 이에 따라 상기 배터리(3)는 상기 충전제어기(2)에서 출력되는 전기를 충전하게 된다.

상기 전압전류검출기(4)는 배터리(3)에 과전류가 충전되는 것을 방지함과 아울러 상기 배터리(3)의 전압과 전류를 검출하게 되며, 배터리(3)의 충전 정도와 사용량 등에 따라 도 2와 도 3과 같이 현재 가정에서 많이 사용되는 220V인 외부전기(13)로 배터리(3)에 전기를 충전할 수 있도록 한다.

즉 본 발명에서는 상기 전압전류검출기(4)에 외부전기(13)를 연결하여 상기 전압전류검출기(4)에서 검출된 상기 배터리(3)의 전기량이 일정 수준 이하이면 상기 전압전류검출기(4)에서 충전제어기(2)로 외부전기(13)를 연결하게 하며, 이에 따라 상기 외부전기(13)가 충전제어기(2)를 통하여 배터리(3)에 충전되는 구조를 포함한다.

예컨대 배터리(3)에 충전된 전기량이 80% 이상이면 에어컨(9)를 작동하거나 물을 전기분해해서 수소가스보일러(7)를 작동하게 되며, 배터리(3)에 충전된 전기량이 10 ~ 30%이면 상기 전압전류검출기(4)에서 이를 검출하여 외부전기(13)의 전기가 충전제어기(2)를 통하여 배터리(3)에 충전하도록 한다.

한편 상기 온도검출제어기(5)는 상기 배터리(3)와 연결되어 실내의 온도와 보일러의 난방수의 온도를 검출하며, 실내의 온도와 난방수의 온도에 따라 상기 배터리(3)의 전기를 전기분해기(6)로 흐르게 한다.

즉 실내의 온도를 감지하는 실내온도감지센서(31)를 실내에 배치함과 아울러 수소가스보일러(7)에 구비된 온수탱크(7a) 내의 온수를 감지하는 온수감지센서(32)가 온수탱크(7a) 내에 배치되며, 상기 온도검출제어기(5)는 상기 실내온도감지센서(31)과 온수감지센서(32)에서 출력되는 전기 신호를 받아서 이를 산출하여 상기 전기분해기(6)에 인가되는 전기를 단속하게 된다.

상기 전기분해기(6)는 전기로 물을 수소와 산소로 분해하는 것으로서, 상기 온도검출제어기(5)에서 출력되는 전기로 물을 전기분해하여 수소와 산소로 분리하게 되며, 상기 수소가스보일러(7)는 상기 전기분해기(6)에서 발생되는 수소를 연료로 하며, 상기 전기분해기(6)에서 발생되는 산소가 수소와 결합하여 연소되도록 하는 버너(7b)를 구비하고 있으며, 실내를 난방하게 된다.

더우기 수소는 매우 위험한 기체일 뿐만 아니라 저장하기가 매우 어렵기 때문에, 수소가스보일러(7)의 안전성을 향상하기 위하여, 위험 상황에서 수소와 산소가 수소가스보일러(7)로 유입되는 것을 차단할 필요가 있다.

그래서 본 발명에서는 상기 수소가스보일러(7)의 버너(7b)에 연소열을 감지하는 연소열감지센서(7c)를 설치함과 아울러 상기 연소열감지센서(7b)를 상기 온도검출제어기(5)와 연결하여 연소불꽃이 꺼질 경우, 즉 버너(7b) 내의 통상적으로 구비된 점화기(미도시) 또는 점화보조기(미도시)로 점화를 시도하더라도 연소불꽃이 발생되지 않을 경우에는 상기 온도검출제어기(5)가 상기 연소열감지센서(7c)의 전기 신호를 받아서 상기 전기분해기(6)에 인가되는 전기를 차단하게 된다.

물론 상기 수소가스보일러(7)에는 통상의 가스보일러와 마찬가지로 온수탱크(7a) 내의 수위를 감지하는 수위감지센서(7d), 온수탱크(7a) 내의 온수를 보충하기 위한 보충수밸브(7e), 온수를 실내로 순환하는 순환펌프(7f) 등이 구비되어 있다.

상기 인버터(8)는 상기 배터리(3)의 전기를 가정에서 사용할 수 있는 교류 전압으로 가변함과 아울러 상기 배터리(3)의 전기를 승압하는 것인 바, 상기 에어컨(9)를 가동하는 전압인 통상 220V로 승압하게 되며, 상기 에어컨(9)은 상기 인버터(9)에서 출력되는 전기로 실내를 냉방하게 된다.

다른 한편 본 발명에서는 외부에서 인터넷을 통한 스마트폰 또는 휴대폰 및 일반전화, 인터넷웹페이지를 통하여 실내의 냉난방 상태를 확인하여 상술한 바와 같은 본 발명의 시스템을 제어할 필요가 있다.

그래서 본 발명에서는 상기 온도검출제어기(5)에 홈토털제어기(10)를 연결하는 구조를 포함하며, 상기 온도검출제어기(5)와 홈토털제어기(10)은 전기적인 신호를 교환하게 되는바, 상기 홈토털제어기(10)는 실내의 온도를 조절하는 실내온도조절기(33)와 유선 전화와 연결된 유선전화라인(34), 인터넷망과 연결되는 인터넷라인(35)에서 출력되는 신호를 받아서 상기 온도검출제어기(5)에 전기적 신호를 출력하며, 상기 온도검출제어기(5)에서 검출된 수소가스보일러(7)의 작동 상태와 실내의 냉난방 상태를 받아서 유선전화라인(34)과 인터넷라인(35)으로 출력하게 된다.

다시 말하면 사용자가 인터넷을 통한 스마트폰 또는 휴대폰 및 일반전화, 인터넷웹페이지를 통하여 수소가스보일러(7)의 작동 상태와 실내의 온도 등의 화상 또는 음성으로 정보를 받아서 스마트폰 또는 휴대폰, 일반전화, 인터넷웹페이지를 통하여 수소가스보일러(7)의 작동 여부를 판단하여 외부에서 이를 제어할 수 있는 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템은 다음과 같이 작용한다.

태양전지판(1)과 풍력발전기(11), 수력발전기(12)에서 생산되는 전기가 충전제어기(2)에서 일정한 전압과 안정된 전류로 가변되어 배터리(3)에 충전되며, 전압전류검출기(4)에서 배터리(3)의 전기 충전 상태를 감지하여 상기 충전제어기(2)에 전기적인 신호를 출력하면 상기 충전제어기(2)는 태양전지판(1) 등에서 생산되는 전기량과 배터리(3)의 전기 소모량을 판단하여 필요에 따라 외부전기(13)의 전기로 배터리(3)를 충전하게 한다.

그리고 상기 온도검출제어기기(5)에서는 실내온도감지센서(31)와 온수감지센서(32)에서 출력되는 전기 신호를 받아서 실내의 온도를 상승하기 위하여 온수의 온도를 상승할 필요가 있을 경우, 온도검출기(5)가 배터리(3)의 전기를 전기분해기(6)에 흐르게 하면 전기분해기(6)에서 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 수소가스보일러(7)로 투입하여 수소가스보일러(7)를 작동하여 수소와 산소를 연소하여 온수를 가열하게 된다.

또한 상기 배터리(3)에 연결된 인버터(8)는 배터리(3)의 전기를 승압하여 실내의 에어컨(9)를 가동할 수 있으며, 배터리(3)에 잉여전기가 있으면 건출물에 구비된 모든 전기전자기구에 전기를 인가할 수 있다.

더우기 본 발명에서는 사용자가 인터넷을 통한 스마트폰 또는 휴대폰 및 일반전화, 인터넷웹페이지를 통하여 수소가스보일러(7)의 작동 상태와 실내의 온도 등의 화상 또는 음성으로 정보를 받아서 스마트폰 또는 휴대폰, 일반전화, 인터넷웹페이지를 통하여 수소가스보일러(7)와 실내온도조절기(33)를 제어할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 신재생에너지를 이용하여 유해가스를 배출하지 않으면서도 실내를 난방하거나 냉방할 수 있을 뿐만 아니라 잉여전기를 다른 용도로 원활하게 사용할 수 있는 것이다.

1 : 태양전지판 2 : 충전제어기
3 : 배터리 4 : 전압전류검출기
5 : 온도검출제어기 6 : 전기분해기
7 : 수소가스보일러 7a : 온수탱크
7b : 버너 7c : 연소열감지센서
7d : 수위감지센서 7e : 보충수밸브
7f : 순환펌프 8 : 인버터
9 : 에어컨 10 : 홈토털제어기
11 : 풍력발전기 12 : 수력발전기
13 : 외부전기 21,22 : 제1,2빗물내장통
23 : 전자밸브 24 : 펌프
31 : 실내온도감지센서 32 : 온수감지센서
33 : 실내온도조절기 34 : 전화라인
35 : 인터넷라인

Claims (5)

1. 태양전지판과 풍력발전기, 수력발전기 중의 어느 하나 이상에서 생산되는 전기로 실내를 냉난방하는 것으로 이루어지는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템에 있어서,
   태양전지판과 풍력발전기, 수력발전기 중의 어느 하나 이상에서 출력되는 전기를 안정화하여 일정한 전압과 안정된 전류를 출력하는 충전제어기;
   상기 충전제어기에서 출력되는 전기를 충전하는 배터리;
   상기 배터리의 전압과 전류를 검출하여 배터리에 충전된 전압과 전류의 정도에 따라 상기 충전제어기에 전기적인 신호를 출력하는 전압전류검출기;
   실내의 온도와 난방수의 온도를 검출하여 상기 배터리에서 인가되는 전기를 출력하는 온도검출제어기;
   상기 온도검출제어기에서 출력되는 전기로 물을 전기분해하여 수소와 산소로 분리하는 전기분해기;
   상기 전기분해기에서 발생되는 수소와 산소를 연료로 하여 실내를 난방하는 수소가스보일러;
   상기 배터리의 전기를 교류 전기로 가변함과 아울러 승압 출력하는 인버터;
   그리고 상기 인버터에서 출력되는 전기로 실내를 냉방하는 에어컨;
   으로 이루어지는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 충전제어기는 상기 태양전지판과 풍력발전기, 수력발전기에서 생산되는 전압과 전류 중에 전압을 낮추어서 일정하게 함과 아울러 전류량을 안정화한 뒤, 전압을 디시 승압하여 펄스 방식으로 배터리에 전기를 인가하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전압전류검출기에 외부전기를 연결하여 상기 전압전류검출기에서 검출된 상기 배터리의 전기량이 일정 수준 이하이면 상기 전압전류검출기에서 상기 충전제어기에 외부전기를 인가하여 상기 충전제어기로 하여금 외부전기를 상기 배터리에 충전하게 하는 것을 포함하여 이루어지는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수소가스보일러의 버너에 연소열을 감지하는 연소열감지센서를 설치함과 아울러 상기 연소열감지센서를 상기 온도검출제어기와 연결하여 연소불꽃이 꺼지면 상기 온도검출제어기가 연소열감지센서의 전기적 신호를 받아서 상기 전기분해기에 인가되는 전기를 차단하는 것을 포함하여 이루어지는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 온도검출제어기와 연결되어 상기 온도검출제어기에 전기적 신호를 교환하는 홈토털제어기를 포함하되, 상기 홈토털제어기는 실내의 온도를 조절하는 실내온도조절기와 유선 전화와 연결된 유선전화라인, 인터넷망과 연결되는 인터넷라인에서 출력되는 신호를 받아서 상기 온도검출제어기에 전기적 신호를 출력하며, 상기 온도검출제어기에서 검출된 수소가스보일러의 작동 상태와 실내의 냉난방 상태를 받아서 유선전화라인과 인터넷라인으로 출력하는 것으로 이루어지는 신재생에너지를 이용한 냉난방시스템.

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