KR200332456Y1 - 복합 대체에너지에 의한 주택의 자동난방과 온수공급 시스템. - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양열과 풍력등 복합 대체에너지를 동시에 이용하는 주택의 자동난방과 온수공급 시스템에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 태양을 따라 햇빛에 직각으로 각도를 변화시키는 복수의 태양열 흡수판은 검정색 도포된 박막 금속판이 들어있는 투명 물주머니 상하에 유연성 고무관을 연결하여 축열수조의 물과 순환되도록 하고 전면은 투명판으로 밀봉하여 태양열을 효율적으로 흡수 할수 있도록 하고 흐린날에는 복수의 풍차날개 프레임에 크고작은 원뿔체를 부착한 풍차를 회전시켜 얻은 전기에 의해 축열수조속의 히터로 물을 가열시켜 얻은 열로 내연기관의 라디에타형 열교환기로 냉수를 온수로 전환시켜 유출되어 나오는 온수를 방에 배관하여 자동스위치에 의해 온수 압송펌프를 작동시켜 자동난방을 하게된다

본고안에서 축전지에 충전되지않고 계속 히터가 가동되면 완전방전이 되어 축전지의 수명을 단축시키므로 이를 예방하기 위해 전자석과 저항을 삽입한 회로( 릴레이)를 연결하여 축전지의 완전방전이 예방 되어 축전지의 수명 연장과 과충전이 예방될수 있으며 풍력발전에서 약한 바람이나 풍향에 관계없이 강한 풍압을 받아 회전력을 크게 얻을수 있도록한 풍차에 의한 발전으로 고유가 시대에 극히 저렴한 난방비.저렴한 설치비등 장점이 있어 양산하여 널리 보급시킬 목적으로 고안하였으며 화석 연료인 가스나 기름을 연소 시키지 않기 때문에 지구온난화의 원인인 이산화탄소등이 배출되지 않고 폭발 화재 연료운반등의 문제가 해소되어 가정 및 국가 경제에 크게 공헌할수 있어 단독주택이나 원예하우스 또 모든 아파트등에도 적용시킬수 있는 태양열에 의해 가열된 축열수조속의 물을 풍력발전에 의한 전기로 히터를 가열시켜 열교환기에 의해 냉수를 온수로 전환시키는것을 특징으로한 복합 대체에너지에 의한 자동 난방과 온수공급 시스템.

Description

복합 대체에너지에 의한 주택의 자동난방과 온수공급 시스템.{The system of automatic housing heat and warm water supplying by the compound alternative energy.}

본 고안은 태양의 열에너지와 풍력발전의 전기에너지등 복합 대체에너지를 동시에 이용한 고효율 자동 난방과 온수공급 시스템에 관한것이다.

더욱 상세하게는 복수의 고효율 태양열 흡수판이 태양을 따라 햇빛에 직각으로 각도를 변화시키면서 얻은 태양열흡수판속의 물을 가열시켜 일정한 양의 축열수조속의 물과 순환이 일어나도록 하여 축열수조속의 물에 축열 하고 바람의 방향과 관계없이 강한 풍압을 받아 회전될수 있도록 풍차의 회전축과 일체가된 풍차날게 지지판에 복수로 고정된 풍차 날개 프레임에 크고 작은 원뿔체를 부착한 풍차에 의해 발전한 전기에너지에 의한 히터로 수조속의 물을 가열시켜 얻은 열로 수조속에 잠겨있는 열교환기에 의해 냉수인 수도물을 온수로 변화시켜 난방을 하고 온수도 공급할 목적으로 고안한 시스템이다.

일반적으로 태양열흡수판은 고정형인데 이중유리판밑의 프레임속에 미세하게 분기된 구리관속의 물을 가열시켜 온수통에 축열하였다가 이 온수를 직접 사용하고 있고 바람을 이용하는 풍차는 여러 유형이 있으나 일반적으로 도1과 같은 프로펠라형 구조의 풍차를 많이 사용하고 있는것이 보통이며 태양열과 풍력을 동시에 이용하지 않고 한가지의 대체에너지만을 사용해 왔다

종래의 태양열 흡수판은 고정형이어서 주로 정오때만 직각이 되어 햇빛에 향하여 고정되어 있을뿐이고 아침이나 석양에는 햇빛을 비스듬히 받아 효율이 떨어지고 미세구리관속의 물을 가열시킴으로 물과 햇빛과의 접촉면적이 좁아 효율이 떨어지며 풍차는 회전축의 중심부쪽이 넓고 끝부분은 좁게 되어 있어서 강한 회전력을 얻는데는 지랫대의 원리에 반하여 효율이 떨어지고 풍향이 변하면 풍향과 직각으로 되기위해 잠시 방향을 변환하는 동안은 풍차가 돌지 않는등의 문제점이 있었고 바람이 불지않고 흐린날에는 태양열은 기대하기 어려워서 전기를 사용해야하는데 이때는 심야전기만을 가동되록 했기 때문에 온수통이 커야되고 낮에는 온수가 되지않고 냉수만 배출되고 거의 수동 스위치로 작동하여 불편이 따르는등의 문제점이 있었고 풍력이나 태양열 한가지씩만 이용하여 온수공급이나 난방을 하기 때문에 전기소모가 많고 충분한 온수공급이나 난방을 하기 어려운 문제점이 있었다.

본 고안은 이러한 문제점을 해소 하기위해 복수의 대형 태양열흡수판의 뒷면중심부에 착설한 회전축을 중심으로 좌우로 60°정도의 각도로 태양을 따라 회전되도록 하여 직각으로 햇빛을 받도록 하였고 햇빛과의 접촉면적을 넓게 하기위해 단열제로 처리된 프레임속에 질기고 투명한 제질의 물주머니속에 비열이 작은 박막형 납판이나 동판등 금속판을 스치로폴판에 부착하고 적외선흡수가 잘되는 검정색을 상기 금속판에 도포하여 투명물주머니속에 넣어 고정시키고 상하에 각각 유연성호스를 연결하고 부피가 큰 수조속의 일정양의 물과 순환이 이뤄지도록 하였고 전면에는 투명넥산이나 유리를 부착하여 보온하고 약한 바람에도 강력하게 회전되는 고효율풍력발전을 위해 수평면과 평행을 이루는 복수의 원뿔체를 부착한 풍차날개를 착설하였고 회전력을 크게 하기 위해서는 지렛대의 원리대로 힘의 능률이 커야 되는데 힘의 능률(moment of force)은 팔의 길이(L)와 힘의 크기(F)의 곱(FL)에 비례하므로 끝부분이 풍압을 강하게 받을수 있도록 큰 원뿔체를 부착하였고 풍압을 받는 날개는 밑면이 넓게 하였고 반대편의 날개는 풍압을 최소화시키기 위해 원뿔체꼭지를 향하게 하였다.

원뿔체를 부착한 날개를 같은 방향으로 부착했기 때문에 바람의 방향에 관계없이 강한 풍압으로 회전하여 발전기를 회전시키는데 풍차의 회전축 폴리와 발전기폴리의 지름의 비가 직접 또는 간접으로도 200∼250:1정도가 되어야 하기 때문에 강한 회전력이 필요하며 더구나 발전기에서 발생되는 유도기전력에 반대되는 역기전력이 발생하기 때문에 강한 회전력이 필요하게 된다.

본 고안은 가능한한 팔의 길이를 길게하고 끝부분에 큰 원뿔체를 부착하여 회전력을 크게 하였으며 태풍이 불때는 중심부쪽에는 풍압이 작게 받도록 작은 원뿔체를 부착했다.

본 고안에서 태양열은 계속 태양열흡수판속의 물을 고온화 시켜 축열수조속의 물과 순환되어 가온되고 풍력 발전기는 복수의 축전지에 충전하고 축전지의 병열단자에 연결된 완전방전 예방회로는 일종의 릴레이로써 이를 통해 축전지의 수명이 연장되며 일기가 흐리고 바람도 없을때는 축열수조뚜겅위에 착설된 자동온도조절기와 온도센서 및 병열로 연결된 OCR부 마그넷스위치 및 자동3로스위치에 의해 제어되어 야간에는 심야전기로 히터를 가동 시키고 주간에는 일반전기에 의해 각각의 히터가 가동되어 축열수조의 물이 가열되어 축열수조속에 잠겨있는 복수의 내연기관의 라디에터와 같은 고성능 열교환기에 의해 수도물이 즉시 온수가 되어 유출되므로 이 온수를 배관하여 주택의 난방에 이용하거나 온수로 이용하도록 했다.

도1은 종전의 풍력발전기의 풍차를 보인 예시도

도2는 본 고안의 풍차에 의한 발전시스템을 보인 예시도

도3은 본 고안의 복수의 태양열흡수판과 태양을 따라 직각으로 각도를 변화시키는 원리를 보인 예시도

도4는 본고안의 축전지의 완전방전예방 및 과충전예방을 위한 회로(릴레이)를 보인 예시도

도5는 본 고안의 전체시스템을 보인 예시도

도6은 본 고안의 수동 및 음성인식 스위치, 자동스위치에 의한 자동난방이 이뤄지는 원리를 보인 예시도.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호 설명〉

1, 풍차날개 2,철탑

3.풍향 4.. 비가림판

6.원뿔체 8.날개프래임

9.지구베어링 10.지지베어링

15.베어링케이스 17.충전기

18.복수의 축전지(밧데리) 19.태양열흡수판

20.유연성관 21.투명판

22. 투명 물주머니 23.스치로폴판(프라스틱판)

24. 박막금속판 25. 24시간타이머 시간조절판

26. 켐 27. 켐로드

28. 회전축돌기 30.경사각조절봉

31.지지용프레임 33.탄성철편

36.풍력발전에 의한 히터 37.심야전기 인입선

39.일반전기 인입선 40. OCR부 마그넷스위치

41.상부 분배관 42.축열수조

43. 하부 분배관 45, 하행 물순환관

46,상행 물순환관 47,지지용 베어링

51,온수관 53.일반전기에 의한 히터

54. 십야전기에 의한 히터 55,수도관 지수전

56, 온도센서 57.복수의 라디에타형 열교환기

58. 온수관 지수전 60.축전지완전방전 예방회로 박스

62, 난방온수관 63.분배관

65.수동/음성인식칩내장 온수압송 펌프작동 스위치

66.온도센서가 내장된 자동온도조절기 67. 난방수 회수관

68.최초 물주입용 지수전 69. 배관70.자동 3로스위치

본 고안은 청정 에너지인 태양에너지와 풍력에너지를 고효율 복합적으로 동시에 이용하기위한 시스템으로 이하 첨부 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 보는바와 같이 3개의 베어링(9) (10) 에 의해 지지되고 회전되는 회전축(5)에 일체가 된 4각형 풍차날개지지판(7)에 서로 직각을 이루어 착설된 풍차날개 A..B.C.D 4개의 날개는 금속제질의 날개프레임(8)에 끝으로 갈수록 큰 원뿔체가 부착되고 풍차의 회전축(5)에는 비교적 지름이 큰 폴리(11)가 착설되고 발전기의 폴리(13)와 벨트(12)로 연결하여 발생되는 유도전기를 충전기(17)를 거치거나 직접 병열로 연결된 복수의 축전지(18)에 충전되도록 하고 축전지의 병렬단자에 연결된 히터(36)는 일종의 릴레이인 축전지완전방전 예방회로(도4)(60)를 거쳐 연결되고 상기 축전지 완전방전 예방회로(60)는 우수하게 단열처리된 축열수조의 뚜껑(59)위에 자동온도조절기(38) 및 자동3로 스위치(70), 릴레이(60), OCR부 마그넷스위치(40)와 함께 직열또는 병열로 연결되어 착설되고 도5에서 보는바와 같이 단열처리된 축열수조(42)속에는 언제나 일정양의 물이 들어 있고 이 물속에는 온도센서(56)가 상기 자동온도조절기와 3개의 히터(54)(53)(36)가 병열로 연결되어 각각 심야전기,일반전기, 축전지의 전기에 의해 자동으로 작동될 수 있도록 하였고 도3과 도5 에서 보는바와 같이 지지용프레임(31)에 부착한 상하 지지용베어링(47)에 지지된 회전축에 의해 각도가 변화되는 태양열흡수판(19)은 단열처리된 금속프레임속에 물이 들어 있는 질기고 투명한 주머니속에 검정색으로 도포된 비열이 작은 금속판을 스치로폴이나 프라스틱판(23)에 부착하여 잠기도록 하였고 상면에는 2중 유리나 투명 넥산같은 투명판(21)을 덮어 밀봉하고 유연성관인(20) 입수관은 하부분배관(43)에, 출수관은 상부분배관(41)에 연결 하고 지지용 프레임(31)에는 24시간 타이머시간조절판(25)와 켐(26)이 결합판(29)에 착설되어 밸트로 연결, 켐로드(27)의 일단이 복수의 태양열흡수판의 회전축의 돌기( 28)에 연동되어 있으며 각 지역마다 태양의 고도가 다르므로 햇빛과 직각이 되도록 조절하기 위해 경사각조절봉(30)이 착설되고 각각의 태양열흡수판의 물은 도5에서 순환관(45)(46)을 통해 수조속의 물과 자동순환이 이뤄지도록 하고 수조속의 축열된 고온의 물과 열교환이 효율적으로 이뤄지도록 하기 위해 내연기관의 라디에타 같은 고성능 복수의 열교환기(57)가 직열로 연결되어 있으며 축전지는 완전 방전이 되면 수명이 단축되므로 이를 예방 하기위해 도4에서 보는바와 같이 히터(36)에 연결된 전류는 전자석(34)과 저항(32)이 이루는 회로에 의해 제어되어 축전지의 완전방전을 예방하고 과충전이 되지 않도록 고안되었다..

또 자동난방은 도 6에서 보는바와 같이 상기 수조속의 열교환기를 거쳐나온 온수관속의 온수를 강제순환 시키기 위해 방(61)에 배관(69)하고 온수압송펌프(64)를 가동시키기 위해 음성인식칩이 내장된 수동/음성인식칩내장 온수압송펌프 작동 스위치(65)를 벽의 일면에 착설하여 수동 또는 음성으로도 온수압송펌프를 가동 시켜 난방이 이뤄지도록 하였고 또 일면의 벽에는 온도센서가 내장된 자동온도조절기(66)에 의해서도 자동으로 온수압송펌프가 작동되어 온수를 순환 시킬수 있도록 하였고 온수는 상기 열교환기를 거쳐나온 온수관지수전(58)을 열어 공급할수 있게 하였고 온수관에서 분기된 온수를 방에 배관하고 난방을 한 온수는 회수관( 67 )에 연결하여 다시 열교환기에 의해 가온 되도록 하여 계속 순환되고 자동으로 난방이 이뤄지도록. 했다.

본 고안에 따르면 우수하게 단열처리된 축열수조(42)속의 일정양의 물을 가열 시키기위해 비열이 0.030cal/g.℃인 박막납판이나 0.092cal/g.℃인 박막동판이 검정색으로 도포되여 질기고 투명한 물주머니속에 내재되어 약한 태양열에도 고온이 되여 효과적으로 수조속의 물을 가열 시킬수 있도록 했는데 동일 조건에서 같은 열을 가할때 물이 1℃ 상승할때 납판은 33℃, 동판은 10.8℃로 상승하게 되므로 박막납판이나 동판같은 금속판을 사용하며 검정색은 태양의 열선을 잘 흡수하고 태양열흡수판이 햇빛과 직각이 될때 최고의 효율이 되므로 24시간 타이머의 시간조절판(25)과 연동된 크기가 동일한 캠(26)이 하루에 1회전 할때 캠로드(27)가 왕복 운동을 하면서 복수의 태양열흡수판의 회전축의 돌기(28)을 약간씩 좌우로 회전시키므로 태양을 따라 거의 직각으로 태양열흡수판들이 태양열을 받을수 있으며 풍력발전을 효과적으로 하기위해 약한 바람에도 풍압을 강하게 받아 회전되도록 풍차의 날개끝에는 큰원뿔체를, 안쪽에는 작은원뿔체를 부착하였기 때문에 풍향에 관계없이 큰 힘으로 회전하는데 도2에서 풍향(3)으로 바람이 계속될때 B와 D 날개가 받는 풍압은 회전력이 없으나 풍향(3)의 풍압을 크게받는 A날개는 C날개에 비해 풍압차가 크므로 반시계 방향으로 회전하게 되며 지름이 큰 풍차의 폴리((11)로 회전저항이 크고 지름이 작은 발전기(14)의 폴리(13)를 빠르게 회전시킬수 있고 축전지용량을 크게 하기위해 복수의 축전지를 병렬로 연결하여 충전하고 히터를 가동시키기 위해서는 히터를 병열단자에 연결하고 축전지는 완전방전이 되면 수명이 현저하게 단축 되므로 이를 예방 하기 위해 히터의 전기는 전자석(34)과 저항(32)으로 이루는 일종의 릴레이 회로를 이루고 있어서 전지에서 약한 전류가 흐를때는 저항(32)에 의해 더욱 약해져 전자석옆의 탄성철편(33)을 끌지 못하고 약한 전류만 흘러 소모되는데 바람이 계속 불어 발전이 이뤄지면 축전지에 충분한 전류가 충전되고 따라서 강한 전류가 전자석에 흘러 철편을 끌게되고 따라서 접점(35)이 붙게되어 히터(36)에 비로소 전류가 흘러 히터(36)를 가동 시키므로 축전지의 완전 방전이 예방되며 또 극히 약한 전류가 항시 전자석에 흐르고 있어서 과충전을 예방할수 있게되며 축열수조속의 라디에타형 복수의 열교환기는 고온으로 가열되여 있는 수조속의 물과 접촉면이 넓어 빠르게 열 교환이 이루어져 냉수가 온수로 전환되어 난방이 가능하고 또 온수를 계속 공급 할수 있게 된다.

본 고안에서 실시예를 들면 200L용양의 축열수조의 뚜껑위의 자동온도조절기(38)의 온도를 40℃로 설정해 놓고 햇빛이 계속 비추면 태양열흡수판이 열을 흡수하여 덥혀진 물을 계속 수조속에 이동시켜 축열하고 바람이 계속불어 발전기가 빠르게 회전하여 충전되고 축전지에서 얻은 전기로 히터(36)가 가동 되여 수조속의 물의 온도가 상승하여 수조속의 물은 90℃ 이상으로 상승 하는데 열교환기를 통해 나오는 온수를 계속 사용하면 수조속의 물의 온도가 40℃ 이하가 되기도 하는데 이때는 온도센서가 수온을 감지하여 자동온도조절기가 작동 하여 도9에서 보는바와같이 야간에는 심야전기로 2kw히터(54)가 작동되고 낮이 되면 자동3로스위치(70)와 OCR부 마그넷스위치(40)에 의해 일반전기로 절환되어 1KW히터 (53)가 작동하여 계속 5시간동안 안정적으로 35∼46℃ 온수를 공급할 수 있었고 자동난방도 계속 가능한 효과를 얻을 수 있었다,.

Claims (3)

1. 태양열과 풍력등 복합대체에너지를 동시에 이용하기위해

   복수의 태양열흡수판(19)은 프레임속에 검정색으로 도포된 박막금속판을 각각 투명물주머니(22)속에 넣고 전면을 투명판으로 밀봉하고 상하에 유연성관을 연결하여 상하부 분배관(41)(43)에 연결하여 축열수조(42)속의 물과 순환이 되도록 하였고 태양열흡수판의 뒷면에 회전축돌기(28)가 부착된 회전축을 착설하고 24시간타이머시간조절판(25)과 연동되어 회전하는 캠(26)의 회전으로 왕복운동하는 캠로드(27)의 일단에 회전축돌기(28)가 연결되어 직각으로 햇빛을 받도록 하였고 태양열에 의해 가열된 물이 순환하면서 축열수조에 축열하고 풍차는 프레임에 크고작은 복수의 원뿔체가 부착되어 풍차날개를 형성한 풍차의 회전축(5)에 착설한 폴리(11)와 벨트로 연결한 발전기(14)에 의해 발전된 전기를 밧테리에 충전하면서 릴레이(60)를 거쳐 축열수조내에 연결된 히터(36)의 가열에 의해 축열수조내의 물이 가온되고 복수의 라디에타형 열교환기에 의해 냉수가 온수로 전환되어 나온 온수를 방에 배관하여 자동스위치 및 수동/음성인식칩이 내장된 스위치에 의해 온수압송펌프(64)를 작동시켜 난방을 하며 설정온도 이하가 되면 온도센서와 자동온도조절기에 의해 야간에는 심야전기히터(54)가 작동되고 주간에는 자동3로스위치(70)에 의해 일반전기로 자동 절환되어 일반전기히터(53)가 작동되어 축열수조의 물을 가열시키는것을 특징으로한 복합 대체에너지에 의한 자동 난방과 온수공급시스템.
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