KR20050033398A - 복합대체에너지에 의한 난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지구온난화의 원인이 되는 화석연료 사용을 지양하고 고유가 시대에 난방비 절감에 일조할 목적으로 개발한 것으로 청정에너지인 태양열과 풍력등 복합 대체에너지를 동시에 이용하는 주택의 난방시스템에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 파이프삽입식 연결구로 신속히 구축되는 철탑을 중심으로 캠의 회전에 의해 햇빛에 거의 직각으로 각도를 변화시키는 복수의 태양열 흡수판이 설치되고 이 태양열 흡수판은 검정색 도포된 박막 금속판이 들어있는 기능성투명액체주머니 상하에 유연성관을 연결하여 축열조내의 기능성 액체와 순환되도록 하고 전면은 투명판으로 밀봉하여 태양열을 효율적으로 흡수 할수 있도록 하고 흐린날에는 하단부에 원추체가 강철판위에서 회전하여 중량회전마찰을 극소화 시키는 풍차의 회전축에 착설된 복수의 풍차날개 프레임에 복수의 풍압가변형 원뿔체가 부착된 풍차에 의해 발전한 전기를 축전지에 충전 하면서 축열조내의 히터를 가열시키고 라디에타형 열교환기를 통과한 냉수가 온수로 전환되어 배관한 방에 난방이 되도록 했다.

열교환기에 의해 열을 잃은 축열조내의 온도가 설정온도 이하가 되면 온도센서와 자동온도조절기 및 자동3로스위치에 의해 야간에는 심야전기로, 주간에는 일반전기로 자동 절환되어 각각의 히터가 가열되어 축열조내의 물과 식물성기름 및 유화제로 혼합되는 기능성 액체의 온도가 빨리 상승되는데 값이 저렴한 자동차용 발전기를 사용할 때는 센서점멸기를 부착하여 사용하며 강풍이 불때 원뿔체가 회전하여 풍압을 작게 받도록한 풍압가변형 풍차발전과 상기 각도변환 복수의 태양열흡수판에 의해 난방을 하는 것을 특징으로한 복합대체에너지에 의한 난방 시스템.

Description

복합대체에너지에 의한 난방시스템{The system of housing heating by the compound alternative energy.}

본 발명은 최근 화석연료 사용이 날로 심화되어 지구온난화를 촉발시키므로 화석연료 사용을 지양하고 난방비의 절감에 일조할 목적으로 개발하였는데 본 발명은 태양의 열에너지와 풍력발전의 전기에너지등 복합 대체에너지를 동시에 이용한 고효율 난방시스템에 관한것이다.

더욱 상세하게는 파이프삽입식 프라스틱재질의 연결구로 신속히 구축되는 조립형 철탑을 중심으로 복수의 고효율 태양열 흡수판이 태양을 따라 햇빛에 직각으로 각도를 변화시키면서 얻은 태양열흡수판속의 기능성액체를 가열시키고 축열조속의 기능성액체와 자동순환이 되도록 하고 풍압가변형 풍차에 의해 발전된 전기를 밧테리에 충전하면서 축열조속의 기능성액체속의 히터를 가열시켜 라디에타형 열교환기에 의해 유출되는 온수를 배관하여 난방을 하는 시스템이다.

일반적으로 종전의 태양열흡수판은 고정형이며 이중유리판밑의 프레임속에 미세한 구리관속의 물을 가열시켜 온수통에 축열하였다가 이 온수를 직접 사용하고 있고 바람을 이용하는 풍차는 여러 유형이 있으나 일반적으로 도1과 같은 구조의 프로펠라형 풍차를 많이 사용하고 있으며 태양열과 풍력을 동시에 이용하지 않고 한가지의 대체에너지만을 이용하여 이용율이 저조하였다.

종래의 태양열 흡수판은 고정형이어서 주로 정오때만 햇빛에 직각으로 될 뿐이고 아침이나 석양에는 햇빛을 비스듬히 받아 효율이 떨어지며 미세구리관속의 물을 가열시킴으로 물과 햇빛과의 접촉면적이 좁아 효율이 떨어지며 또 물을 직접사용하기 때문에 겨울에 히터고장시 동결되어 구리관이 파열되기도 하며 풍차는 회전축의 중심부쪽이 넓고 끝부분은 좁게 되어 있어서 강한 회전력을 얻는데는 지랫대의 원리에 반하여 효율이 떨어지고 발전기 및 기어들의 무게를 지탱하는데 규모가 큰 철탑을 세워야 하며 풍향이 변하면 풍향과 직각으로 되기 위해 잠시 방향을 변환하는 동안은 풍차가 돌지 않는 등의 문제점이 있었고 바람이 불지않고 흐린날에는 전기를 사용해야하는데 이때는 심야전기만 가동되록 했기 때문에 축열조가 커야되고 낮에 냉수가 배출될때 다른대책이 없어 불편이 따르는등의 문제점이 있었고 풍력이나 태양열 한가지씩만 이용하여 온수공급이나 난방을 하기 때문에 전기소모가 많고 충분한 온수공급이나 난방을 하기 어려운 문제점이 있었으며 원뿔체부착 풍차날개는 선행기술로 제공한바 있으나 고정형이어서 강풍에 약하며 중량이 증가되여 베어링에 무리가 되며 철탑은 용접이나 나사조임등으로 시간과 노동력이 많이들며 비열이 큰 물을 사용하기 때문에 빨리 온도가 상승되지않으며 겨울철에 동파 되는등의 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소 하기위해 파이프삽입식 연결구로 신속히 구축되는 철탑을 중심으로 캠의 회전에 의해 햇빛에 거의 직각으로 각도를 변화시키며 햇빛과의 접촉면적을 넓게 하기위해 단열제로 처리된 프레임속에 질기고 투명한 재질의 기능성 액체주머니속에 비열이 작은 박막형 납판이나 동판등 금속판을 프라스틱판에 부착하고 적외선흡수가 잘되는 검정색을 상기 금속판에 도포하여 투명기능성 액체주머니속에 넣어 고정시키고 상하에 각각 유연성호스를 연결하여 축열조속의 일정양의 기능성 액체와 순환이 이뤄지도록 하였고 전면에는 투명넥산이나 유리로 밀봉하여 보온하고 약한 바람에도 풍향과 관계없이 강력하게 회전되는 고효율풍력발전을 위해 회전축에 복수의 풍압가변형원뿔체가 부착된 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 공(FL)에 비례하므로 끝부분이 풍압을 강하게 받을수 있도록 큰 원뿔체를 부착하였고 풍압을 받는 날개는 밑면이 넓게 하였고 반대편의 날개는 풍압을 최소화 시키기 위해 원뿔체를 같은 방향으로 날개프레임에 착설하였기 때문에 바람의 방향에 관계없이 강한 풍압으로 회전하여 발전기를 회전시키는데 풍차의 회전축 폴리와 발전기폴리의 지름의 비가 직접 또는 간접으로도 1.500:1 정도가 되어야 하기 때문에 강한 회전력이 필요하며 더구나 발전기에서 발생되는 유도기전력에 반대되는 역기전력도 발생하기 때문에 더욱 강한 회전력이 필요하게 된다.

본 발명은 가능한한 풍차날개 길이를 길게하고 끝부분에 큰 원뿔체를 부착하고 많은 풍차날개를 착설하여 회전력을 크게 하였으며 태풍이 불때는 중심부에는 풍압이 작게 받도록 작은 원뿔체를 부착했고 큰원뿔체는 스프링과 와이어에 의해 위쪽프레임을 중심으로 회전하여 풍압을 작게받도록 하였고 철탑등이 조립식으로 되여 있어 설치하는데 용이하고 또 저렴하게 제작되는 자동차용 발전기를 이용하기 위해서는 고정된 샌서점멸기 옆을 자극체가 회전하도록 하였다,

본 발명에서 태양열은 계속 태양열흡수판속의 기능성액체를 고온화 시켜 축열조속의 기능성액체와 순환되어 가온되고 풍력 발전기는 복수의 축전지에 충전하고 축전지의 병열단자에 연결된 완전방전 예방회로는 일종의 릴레이로써 이를 통해 축전지의 수명이 연장되며 흐리고 바람도 없는 때는 축열조 위쪽에 착설된 자동온도조절기와 온도센서 및 자동삼로스위치에 의해 제어되어 야간에는 심야전기로 , 주간에는 일반전기에 의해 각각의 히터가 가동되어 축열조의 기능성액체가 가열되어 축열조속에 잠겨있는 복수의 내연기관의 라디에터와 같은 고성능 열교환기에 의해 수도물이 즉시 온수가 되어 유출되므로 이 온수를 배관하여 주택의 난방에 이용하거나 온수도 이용하도록 했다.

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

도2에서 보는바와 같이 폴대(72)와 와이어(73) 및 3개의 베어링(9) (10) 에 의해 지지되고 회전되는 회전축(5)에 서로직각을 이루어 착설된 풍차A..B.C.D 위치의 4개의 날개는 금속제질의 프레임(8)에 끝으로 갈수록 넓은 원뿔체가 부착되고 풍차의 회전축(5)에는 비교적 지름이 큰 폴리(11)가 착설되고 발전기의 폴리(13)와 벨트(12)로 연결하여 발생되는 유도전기를 충전기(16)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 예방회로박스(60)는 우수하게 단열처리된 축열조의 뚜껑(59)위나 철탑내의 밧테리박스(78)에 자동온도조절기(38) 및 자동3로 스위치, 릴레이(60), OCR부 마그넷스위치(40)와 함께 착설되고 도5에서 보는바와 같이 단열처리된 축열조(42)속에는 언제나 일정양의 물과 기름 및 유화제를 혼합한 기능성 액체가 들어있는데 비열이 작아 빨리 높은 온도로 오르고 잘 얼지않는 특성이 있다.

이 기능성액체속에는 온도센서(56)와 3개의 히터(54)(53)(36)가 각각 심야전기,일반전기,풍력발전에 충전된 축전지의 전기에 의해 자동으로 작동될 수 있도록 하였고 도3과 도5 도7에서 보는바와 같이 지지용프레임(31)에 착설한 상하베어링(10)에 지지된 회전축에 의해 각도가 변화되는 태양열흡수판(19)은 단열처리된 금속프레임속에 기능성액체가들어 있는 질기고 투명한 주머니속에 검정색으로 도포된 비열이 작은 금속판을 프라스틱판(23)에 부착하여 잠기도록 하였고 상면에는 2중유리나 투명 넥산같은 투명판(21)을 덮어 밀봉하고 유연성호스인 입수관(20)은 하부분배관(43)에, 출수관은 상부분 배관(41)에 연결하고 지지용 프레임(31)에는 24시간 타이머(25)와 켐(26)이 결합판(30)에 착설되어 벨트로 연결되어 켐로드(27)의 일단이 복수의 태양열흡수판의 회전축의 돌기( 28)에 연동되어 있으며 동지때 태양의 고도에 맞추어 경사각을 고려, 철탑(74)에 의지하여 약 60° 정도되게 하고 각각의 태양열흡수판의 기능성액체는 도5에서 순환관(45)(46)을 통해 축열조속의 기능성액체와 자동순환이 이뤄지도록 하고 축열조속의 축열된 고온의 기능성액체와 열교환이 되기 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 했으며 또 자동차용 발전기를 활용할 때는 도13과 같은 회로를 구성해 자극체(81)가 DC 센서점멸기(80)옆을 회전하여 발전기에 기전력을 제공하거나 220V 센서점멸기를 사용할때는 아답타를 연결하여 기전력을 제공해 충전이 되도록 했고 .자동난방은 도 6에서 보는바와 같이 상기 측열조속의 열교환기를 거쳐나온 온수관속의 온수를 강제순환 시키기위해 방(61)에 배관(69)하고 온수압송펌프(64)를 가동시키기 위해 음성인식칩이 내장된 수동/음성인식칩내장 온수압송펌프작동 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 온수관의 온수전 도5(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.

또 저렴하게 제작되는 자동차 발전기(제네레타)를 활용할때는 도13과 같은 회로를 하여 풍차의 자극체(81)가 고정된 센서(80)옆을 지나 기전력을 제공해 충전회로가 이루어져 축전지에 충전되도록 했으며 축열조를 위치 시키기위해 파이프삽입형 연결구(75) (76)에 파이프를 삽입 하여 단시간에 철탑을 세워 도11과 같은 발전시스템을 구축할수 있다

또 풍차의 회전축에 무게가 집중되어 회전마찰이 커지나 회전축 하단부에 팽이와 같은 원추체(15)가 STS판위에서 회전되도록 하고 여기에 구리스윤활유를 주유시킨 링(85)을 끼워 회전마찰을 극소화시켰다

본 발명에 따르면 우수하게 단열처리된 축열조(42)속의 일정양의 기능성 액체는 물보다 비열이 작아 작은 열에도 온도가 빨리 높아지며 겨울에 결빙되지 않고 상기 기능성 액체를 가열시키기위해 비열이 0.030cal/g.℃인 박막납판이나 0.092cal/g.℃인 박막동판이 검정색으로 도포되여 질기고 투명한 기능성액체주머니속에 내재되어 약한 태양열에도 빨리 고온이 되여 효과적으로 축열조속의 기능성 액체를 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)를 약간씩 회전시키므로 태양을 따라 거의 직각으로 태양열흡수판들이 태양열을 받을수 있으며 기능성액체 비열이 약 0.5cal/ g,℃이므로 물이 20℃가 될때 기능성액체는 40℃가 된다.

또 풍력발전을 효과적으로 하기위해 약한 바람에도 풍압을 강하게 받아 회전되도록 풍차의 날개 끝에는 같은 방향으로 큰원뿔체를, 안쪽에는 작은원뿔체를 부착하였기 때문에 풍향에 관계없이 회전하는데 도2에서 풍향(3)으로 바람이 계속될때 B와 D 날개가 받는 풍압은 회전력이 없으나 풍압을 크게 받는 A날개는 C날개에 비해 풍압차가 크므로 반시계 방향으로 회전하게 되며 태풍같은 강풍이 불때는 위 프래임을 중심으로 스프링(29)이 늘어나 회전하여 풍압을 작게 받을수 있게되며 자동차용 발전기를 활용할때는 기전력을 제공해야 하기 때문에 고정된 센서점멸기(80)와 회전축에 센서자극체(81)가 착설되어 풍차가 돌때만 전류가 공급될수 있도록 하여 축전지의 전력 소모가 없도록 했고 축전지용량을 크게 하기위해 복수의 축전지를 병렬로 연결하여 충전하고 히터를 가동시키기위해서는 히터를 병열단자에 연결하고 축전지는 완전방전이 되면 수명이 현저하게 단축 되므로 이를 예방 하기 위해 전자석(34)과 저항(32)으로 이루는 릴레이 회로가 있어 축전지에서 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 탄성철편을 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 축열조 속의 라디에타형의 복수의 열교환기는 고온으로 가열되여 있는 축열조속의 기능성액체와 접촉면이 넓어 빠르게 열 교환이 이루어져 난방이 가능하고 또 온수를 계속 공급 할수 있게 된다.

본 발명에서 실시예를 들면 600L용양의 축열조에 설치된 자동온도조절기(38)의 온도를 40℃과 설정해 놓고 햇빛이 계속 비추면 태양열흡수판이 열을 흡수하여 기능성 액체를 계속 축열조속에 이동시켜 축열하고 바람이 계속불어 발전기가 빠르게 회전하여 충전되고 축전지에서 얻은 전기로 히터(36)가 가동되여 축열조속의 기능성액체온도가 90℃ 이상으로도 상승 하는데 열교환기를 통해 나오는 온수를 계속 사용하면 열을 잃어 온도가 40℃ 이하가 되기도 하는데 이때는 온도센서가 온도를 감지하여 자동온도조절기가 작동하여 도9에서 보는바와같이 야간에는 심야전기로 2kw히터(54)가 작동되고 낮이 되면 자동3로스위치(70)에 의해 일반전기로 절환되어 1KW히터(53)가 작동하여 계속 5시간이상 안정적으로 35~46℃ 온수를 공급할 수 있었고 난방도 계속 가능한 효과를 얻을 수 있었다,.

도 1은 종전의 프로펠라형 풍차를 보인 예시도

도 2는 본 발명의 풍차에 의한 발전시스템을 보인 예시도

도 3은 본 발명의 복수의 태양열흡수판과 태양을 따라 직각으로 각도를 변화시키는 원리를 보인 예시도

도 4는 본 발명의 축전지의 완전방전 및 과충전예방을 위한 회로(릴레이)를 보인 예시도

도 5는 본 발명의 전체시스템을 보인 예시도

도 6은 본 발명의 수동 및 음성인식 스위치/자동스위치에 의한 자동난방이 이뤄지는 원리를 보인 예시도.

도 7은 본 발명의 태양열 흡수판의 내부구조를 보인 예시도

도 8은 본 발명의 풍력발전에 의한 충전과 방전 회로를 보인 예시도

도 9는 본 발명의 축열조속의 기능성액체의 온도가 설정온도 이하가 될때 히터의 작동회로를 보인 예시도

도 10은 본 발명의 태양열흡수판이 캠로드의 왕복운동에 의해 각도를 변화시키는 원리를 보인 예시도.

도 11은 본 발명의 주요부품을 조립식 철탑에 위치시킨 전체시스템을 보인 예시도

도 12는 본 발명 철탑의 신속설치를 위한 프라스틱 제질의 파이프 삽입식 연결구를 보인 예시도

도 13은 본 발명의 자동차 발전기를 이용할때 밧테리의 충전과 기전력 제공 회로도를 보인 예시도

도 14는 본발명의 풍압가변형 원뿔체의 원리를 보인 예시도

〈 도면의 주요부분에 대한 부호 설명〉

1, 풍차날개 2, 철탑

3.풍향 4.. 비가림판

6.풍압가변형 원뿔체 7.스프링에 연결된 와이어

15,원추체 16, STS판

18.복수의 축전지(밧데리) 19.태양열흡수판

20.유연성관 21.투명판(유리/넥산)

22. 투명 기능성액체주머니 23.프라스틱판

24. 박막금속판 25. 24시간타이머 시간조절판

26. 켐(cam) 27. 켐로드

31.지지용프레임 33.탄성철편

36.풍력발전에 의한 히터 37.심야전기 인입선

39.일반전기 인입선 40. OCR부 마그넷스위치

41.상부 분배관 42.축열조

43. 하부 분배관 45,46,순환관

48,플로터 51,온수관

53.일반전기에 의한 히터 54, 십야전기에 의한 히터

55,수도관 지수전 58. 온수관 지수전

60.축전지완전방전 예방회로 박스 (릴레이) 62,난방온수관

65.수동/음성인식칩내장 온수압송펌프 작동스위치

66.온도센서가 내장된 자동온도조절기 67. 냉각수 회수관

68.최초 물주입용 지수전 69. 배관

70.자동 3로스위치 71, 전원

72.지지용폴대 73. 와이어

74,조립식철탑 75,파이프삽입형 연결구(코너용)

76,파이프삽입형연결구(중간용) 77,폴리조합/발전기/각종스위치박스

78,밧테리/릴레이박스 79,심야/일반전선 인입선

80, 센서점멸기 81,센서자극체

82,기전력 제공도선 83, 충전도선

84, 롤라 85, 구리스링

Claims (1)

1. 태양열과 풍력등 복합대체에너지를 동시에 이용하는 시스템으로 프라스틱 재질의 파이프삽입식 연결구로 구축되는 철탑을 중심으로 복수의 태양열흡수판(19)은 각각의 프레임속에 검정색도포된 박막금속판판을 각각 투명기능성액체주머니(22)속에 넣고 상하의 유연성관(20)을 상하부 분배관(41)(43)에 연결, FRP재질의 축열조(42)속의 물과 기름 및 유화제로 혼합된 기능성액체와 순환이 되도록 하였고 태양열흡수판의 뒷면에 회전축돌기(28)가 부착된 회전축을 착설하여 캠(26)에 의해 각도를 변화시켜 직각으로 햇빛을 받도록 하고 태양열에 의해 가열된 기능성 액체가 순환하면서 축열조에 축열하고 풍차는 폴대(72)와 와이어(73)에 의해 지지되는 회전축(5)에 서로 직각으로 관통시켜 형성된 날개프레임(8)에 풍압가변형의 대소형 원뿔체(6)가 부착된 풍차와 발전기(14)에 의해 생성된 전기를 복수의 축전지(18)의 단자에 연결된 릴레이(60)를 거쳐 축열조속의 히터(36)를 가열시킬수 있도록 하고 설정온도 이하가 되면 축열조속의 온도센서(56)와 자동온도조절기(38)에 의해 야간에는 심야전기로, 주간에는 자동3로스위치에 의해 일반전기로 절환 시켜 각각의 히터(54)(53)를 작동 시켜 고온이 된 축열조속의 라디에타형 복수의 열교환기(57)에 의해 냉수가 온수로 전환되여 온수유출관(51)을 통해 나온 온수를 배관 (69)을 통해 자동/수동으로 난방이 되도록 하였고 풍차의 회전축 하단에 착설한 원추체(15)가 STS판위에서 회전되도록 하여 중량회전마찰을 극소화 시키며 센서점멸기를 철탑에 설치하고 풍차회전축에 센서자극체(81)를 부착하여 자동차발전기도 활용할수 있는 풍압가변현형 풍차를 특징으로한 복합대체에너지에 의한 난방시스템.