由绿色能源提供动力的可持续模块结构的制作方法

专利名称：由绿色能源提供动力的可持续模块结构的制作方法
由绿色能源提供动力的可持续模块结构
发明人B. S.哈丁
相关申请的交叉引用
本申请要求题目为 “Sustainable modular structure powered by greenenergy (由绿色能源提供动力的可持续模块结构)”的美国临时专利申请序号 61/314，716(于2010年3月17日提交)的权益。该优先权文件通过引用并入，如同完全在 本文阐明一样。
关于联邦赞助的研究或开发的说明
不适用。
背景技术：
技术领域：
本发明涉及模块结构或拖车(trailer)，其由回收的或环境友好的材料构造并且 其进一步通过利用替代性能源诸如由风能和/或太阳能产生的能量提供动力。
2、背景技术
拖车或活动结构目前十分广泛地用于工地或其他临时工作环境中，用于教育的目 的以及与紧急响应或灾难恢复组织相关。通常，这样的活动拖车由私人和公共部门两者用 于为少量人在偏远区域提供临时或有时永久基础的工作环境。
尽管能够为偏远劳动者提供临时的现场工作环境，但大多数目前的拖车都使用大 量的能量并对环境具有负面净影响。这种过度的能量使用和对环境的负面影响由可移动拖 车消耗来自公共电网的交流(AC)电引起，因为(1)公共电网中大多数电由化石燃料的燃 烧产生，并且因此，其使用相应污染了环境；和(2)大多数电最初作为直流电(DC)产生，使 得其使用要求转换该电为AC，该转换是低效率的。在一些情况中，气动发电机可用于提供电 至活动结构，作为来自公共电网的能量的替代，但燃料昂贵，转化为电的效率低(即，过度 的能量消耗)，并且由于污染排放导致负面环境影响。因此，对与大多数活动工作场所结构 相比消耗更少的能量并且产生更小的负面环境影响的活动工作场所结构，存在需要。
除了过度的能量消耗和负面环境影响外，由于在其装配和/或卸下中涉及的花费 和停工期，大多数活动拖车和相关工作场所装置也不完全适合它们期望的目的。过量的停 工期和花费可能由将活动结构连接至公共电网的需要引起，因为这种连接经常涉及与能源 公司的协商、安装公共网线至偏远区域、获得许可和雇佣电气专家和其他职业专家以连接/ 断开活动装置至公共网线。在具有气动发电机的活动装置的情况下，发电机的燃料被快速 消耗并且可能是昂贵的，尤其是如果活动装置被安置在偏远工作场所或长时间使用。考虑 到这些不足，进一步对相对于大多数现有活动拖车和工作场所装置而言减少了成本和装配 /卸下次数的活动工作场所结构，存在需要。
最后，对于在工地或其他偏远工作场所中使用更环境友好的结构，美国联邦政府 提供了税收减免，称为LEED减免。然而，大多数活动拖车由于以上提及的不足不具有LEED 减免的资格。因此，对于产生税收益处的活动工作场所结构，存在需要。
总的来说，对更环境友好的活动结构诸如拖车存在需要，以用于公共和私人部门， 作为不仅降低总成本、减少装配次数和产生税收益处，而且减少任何由普通活动结构引起的负面环境影响的方式。发明内容
鉴于前面提到的，本申请的一个目的是公开环境友好的活动结构，用于提供相对于普通活动结构减少了总成本、减少装配/卸下次数、产生税收益处和减少由其使用引起的负面环境影响的工作场所。作为满足上述目标的优选方法，本申请公开了环境友好的活动结构及其他，该结构包括底盘；临时或永久附接至所述底盘的至少一个轮子；临时或永久附接至所述底盘的拖车拴钩；布置在所述底盘上的至少一个侧壁；布置在所述底盘上的至少一个端壁；在所述侧壁(一个或多个)和端壁(一个或多个)上的至少一个屋顶；放置在所述屋顶上的太阳能动力发电机(例如，一排太阳能板)；可以是可移动的风力发电机， 以改善结构的移动性；电连接至所述太阳能和风力发电机两者的DC电池组，用于捕获未消耗的电；连接至所述太阳能和风力发电机两者的DC至AC电转换器；连接至所述太阳能板阵列和风力发电机两者的至少一个DC电插座，以便结构的设备(例如，结构的照明、结构内的排气和空气循环电扇、冰箱等等)可通过由所述太阳能板阵列或所述风力发电机产生的DC电提供动力；和，连接至所述DC至AC电转换器的至少一个AC插座。代替电池组，该结构可以以公共电网输入为特征。代替DC至AC转换器，该结构可以以来自公共电网的AC 插座为特征。合适地，所述结构应该适于容纳至少一个人的工作场所活动并因此可包括会议室、教室、办公室、厨房、设备室、盥洗室或适于工作场所的或具有已知名称或类型的任何房间。优选地，所描述的活动装置比普通的活动装置消耗更少的能量，因为它的设备可利用 DC而不是AC运行。所描述的活动结构对环境具有更小的负面影响，因为消耗的能量合适地来自太阳或风源而不是来自化石燃料燃烧等原因。所描述的活动结构减少了成本和装配 /卸下停工期，因为该结构以连接至结构电路的预安装的太阳能动力发电机为特征，并且该结构适于容易附接并将风能发电机连接至其上，以及其他原因。最后，该活动结构可使它的用户具有LEED税收减免的资格，因为该活动结构消耗来自可再生来源的能量等 原因。


rh在以下描述和附图中更好地解释了可获得这些目标和其他期望特性的方式，其Ψ :
图1A为本发明的可持续结构的一个实施例的前透视图。
图1B为图1A说明的结构的前侧视图。
图1C为图1A说明的结构的后侧视图。
图1D为图1A说明的结构的左侧视图。
图1E为图1A说明的结构的右侧视图。
图1F为图1A说明的结构的俯视图。
图2A为可在图1A说明的结构中使用的一种底板设计的实施例。
图2B为具有类似于图2A的底板设计的结构的天花板布局的实施例。
图2C为具有类似于图2A的底板设计的结构的电气设计的实施例。
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图 示意图。
然而，应注意，附图仅说明了本申请公开的典型的实施方式，并且因此不被认为是 限制它的范围，因为本发明可允许相关领域合理的技术人员将理解的其他等效的实施方 式。图中的组件不必按比例，而是重点在于说明本发明的原理。在图中，相同的参考数字表 示不同视图中相应的部件。2D为具有类似于图2A的底板设计的结构的机械设计的实施例。3A为图1A和2A结构的拖车的横截面，图解说明结构的前内部。3B为图1A和2A结构的拖车的横截面，图解说明结构的后内部。3C为说明结构右侧内部的图1A和2A结构的拖车的横截面。3D为图1A和2A结构的拖车的横截面，图解说明结构的左侧内部。4A为图1A至3D的结构的左侧壁的代表性横截面。4B为图1A至3D的结构的右侧壁的代表性横截面。4C为图4A的横截面的截面A的放大视图。4D为图3B的横截面的截面B和图4A的横截面B的放大视图。4E为图4A和4B的横截面的横截面C的放大视图。4F为图4A的横截面的截面D的放大视图。5A代表沿结构的一侧、通过图1A至4H结构中窗户获取的横截面视图。5B为图5A的横截面的截面G的放大视图。5C为图5A的横截面的截面H的放大视图。6A为图1A至5C的结构的框架的平面视图。6B为图1A至6A结构的右侧壁的框架的平面视图，包括风力发电机的安装。7A和7B为通过由交替的风力发电机和太阳能发电机充电的可再充电电池组的具体实施方式
如附图1A至7B中图解说明的，提供了可持续结构的一个实施例，其可用于多种目 的，诸如构造需要临时、环境友好的、提供绿色动力的结构的办公室、教学设施、紧急响应设 施和其他公共和私人部门。
图1A为本专利申请的可持续结构100的一个实施例的后透视图。图1B、1C、1D、 IE和IF分别是图1A的结构100的前、后、左侧、右侧和俯视图。如图1A至IF所说明的， 结构100可为放置在具有至少一个轮子111和拖车拴钩112的拖车底盘110上的木框架模 块结构101。还是参看同一图，模块结构101可具有拖车或单宽制造住宅类型并应该优选地 包括至少一个入口通道102、至少一个窗口 103(其中之一可为紧急出口窗口(见例如，在 结构100的左侧(图1D))上窗口 103)、交通照明(包括示宽灯104(见图1D和1E)、识别 灯105 (见图1D)、后灯106 (见图1D)、转向灯107 (见图1D)和示廓灯108 (见图1B和1C)。 为了改善的装饰外观和耐气候性，可向模块单元101的外部结构提供侧板109。最后，如以 下更详细地讨论的，模块单元101可通过代用能量提供动力，诸如由从外部附接至模块单 兀101的风力发电机200和/或太阳能动力发电机300 (例如，一排光伏(PV)电池)产生 的电。
根据该公开制造的模块结构100的外部尺寸可变化，但应该保持适于具体的行进设备。例如，图1A至IF的结构100的尺寸适于拖车行进(例如，长度四十英尺(40’ );宽 度八英尺六英寸(8’ 6”)；高度(高端)十四英尺(14’ );和高度(低端)九英尺6又十六 分之十五英寸(9’ 615/16”))。尽管附图描述100为拖车，但该尺寸可适于其他行进设备， 例如，根据该公开制造的结构可采取有轨车或集装箱等形式。
在拖车底盘上的模块单元的构造为已知技术。以此为条件，公开的结构100可包 括诸多以下特征和材料，以减少其构造的环境影响回收的内部木材覆层，净零能量产品； 回收的外部金属覆层；以大豆可扩展隔离材料(soy expandable insulation)吹制；FSC 认证的木框架；750kwh太阳能板系统；辅助的风产生系统；内地电池充电系统；大丑基组合 物砖地；干式厕所；低电压内部循环风扇；无源太阳能照明以及加热和冷却；低电压高效照 明；天然气/丙烷发电机。风力发电机200或太阳能板阵列300的安装可以在结构100运 送至偏远区域或工作场所之前或之后。
在图2A至7B中说明了图1A至IF设计的模块单元101构造的实施例。本领域技 术人员将熟知如何阅读和解释这些附图。
图2A为可在结构100中使用的一个底板设计的实施例。参看该图，外壁和内壁可 由2X4的木立筋构成。如以上所提及的，结构100的目的是为少数人提供临时或有时永久 基础的工作环境。因此，图2A的底板设计可以以会议室120、办公室130和盥洗室或设备 室140为特征。任选地，办公室可以以内置办公桌131为特征，盥洗室140可以以干式厕所 141 (通过屋顶通风)为特征。提供给结构内部的具体的地板材料、壁板和其他精饰将取决 于区域和结构100内和其周围进行的活动，并且本领域技术人员容易确定。
图2B说明了具有类似于图2A的底板设计的结构的天花板布局的实施例。如图所 描述的，内部天花板150可由2X4框架立筋151支撑，框架立筋151偏离中心每二十四英 寸(24”)跨越该结构。同样如图所描述的，天花板150可以以下为特征至少一个照明器 材152、至少一个回风格栅153或其他通风设备，和任选地，用于盥洗室140的排气风扇154 和加热/空调单元155。如以下更详细讨论的，结构100的设备，包括照明器材152、排气风 扇154和加热/空调单元155，应该优选地以DC运行。本领域技术人员将熟知或容易地确 定完成结构100的天花板的适当方式。
图2C说明了具有分别类似于图2A和2B的底板设计和天花板设计的结构的电气 设计的实施例。如图所图解说明的，照明器材152、加热/空调单元155和排气风扇154优 选地经电路连接。电路可包括接线盒156、布线158、电池组159 (用于不消耗的电)，和连接 至发电机(例如，太阳能发电机300和/或风力发电机)的电源插座157。如以上所提及 的，由发电机产生的电适合地为DC，并因此结构100的设备也应该优选地为DC，以便没有能 量由于DC至AC的转换而损失。这就是说，AC可用可能是必要的。因此，该结构以可与结 构100的发电机和电路相连接的DC至AC转换器160为特征。另外，与转换器160相连接 的AC插座可提供在结构内。本领域技术人员将熟知连接结构100的设备和电池组159至 发电机200/300所需的布线和电路的类型。发电机的电气设计的示意图提供在图7A和7B 中。图2D为加热/ AC单元和通风设备的机械设计。
图3A、3B、3C和3D为分别说明结构100的前、后、右侧、左侧内部的图1A结构的拖 车的横截面。如可在这些图中所见，结构100的框架400可优选地由以下组成沿前框架 401、后框架402和天花板框架403的2X4立筋；和沿屋顶框架404的2X6立筋。左侧框架420和右侧框架430分别在图4A和4B中最佳地描述。框架400可适合放置在底盘110 和它的底板格栅上。本领域技术人员在阅读该公开和附图后将容易理解框架400可被接 合、从外部完成(例如，剪切板上的侧板和外部覆板)和从内部完成(例如，岩石板(sheet rock)、壁板和地板材料)的方式。
图4A和4B代表分别跨越结构100的左端壁框架420和右端壁框架430 (见图3A 和3B)取得的横截面视图。图4A说明了左侧壁420的框架，其可通常由以下组成在窗口 103任一侧上的两个2X6立筋425，和与前框架401和后框架402形成接合的4X4闭锁 立筋426，窗口 103上下的4X4闭锁/顶梁427。图4B说明了右侧壁的框架，其可通常由 2X4立筋438组成。本领域技术人员将熟知这样框架的构造，包括接缝和精饰。
图4C为图4A和4B的截面A的放大视图。该图一般性描述了前框架401或后框 架402与底盘110和它的地板格栅的连接。同样在图中描述的是外部和内部精饰，包括剪 切板上侧板500、外部覆板501、典型的套板502、地板覆板503和内壁精饰504。
图4D为图3A和3B的截面B和图4A和4B的横截面B的放大视图。该图一般性 描述了左侧壁框架420或右侧壁框架430与底盘110和它的地板格栅的连接。同样在图中 描述的是外部和内部精饰，包括剪切板上侧板500、外部覆板501、典型的套板502、地板覆 板503、内壁精饰504和结构剪切板505。
图4E为图2A的截面C和图4A和4B的横截面C的放大视图。该图一般性描述了 左侧壁框架420或右侧壁框架430与前框架401或后框架402的连接。同样在图中描述的 是外部和内部精饰，包括外部覆板501、内壁精饰504和结构剪切板505。
图4F为图4A的截面D的放大视图。该图描述了在2 X 6立筋425处端壁框架420 的典型下垂。如图所描述的，该下垂由与2X6立筋425和底盘110相连接的至少一个MST60 套板426限定。
图4G为图3C和3D的截面E或图4A和4B的横截面E的放大视图。该图一般性 描述了左侧壁框架420或右侧壁框架430与屋顶框架404的连接。同样在图中描述的是外 部和内部精饰，包括剪切板上侧板500、外部覆板501、屋顶覆板510、内壁精饰504和结构剪 切板505。
图5A为通过结构100中的窗口取得的横截面。图5B为图5A的横截面的截面G 的放大视图。图5C为图5A的横截面的截面H的放大视图。
图6A描述了屋顶框架404的俯视图。屋顶框架404适合支撑结构的太阳能板阵 列300，并且因此，屋顶框架404的椽应该如描述的被加倍，以增加屋顶框架404的承重能 力。本领域技术人员将熟知固定和安装太阳能板阵列300至结构100的方式。
图6B描述了风力发电机200的安装。如可在图中所见的，发电机200的风力涡轮 机201可被设置在已经经由管夹被夹在结构100侧面的管上。进出发电机200的布线可被 放置在管内。本领域技术人员将熟知固定和安装风力发电机200至结构100的方式。
图7A和7B为可再充电电池组的示意图其由风力发电机200和太阳能板阵列 300(即，太阳能发电机)充电。该能量供应允许结构100成为切断电网的混合太阳能和风 力系统。
图7A和7B的电路显示了 8个太阳能板300的光伏(PV)阵列，每个产生216瓦， 从PV阵列300产生至多1728瓦的总功率。该输出优选为DC，总电压为57. 42V。该总电压和瓦数通过将8个太阳能板300经太阳能结合盒301结合至可送至充电控制器302的一个 DC输出而产生。60安培保险丝可提供在结合盒和充电控制器之间，以保证仅60安培的电 流被提供给充电控制器302。电流可沿一英寸电线管输送。充电控制器302(也称为充电 调节器或电池调节器)限制了增加电流至电池组或从电池组引出电流的速率。充电控制器 302防止过充电，并且可防止过电压，过充电和过电压可能降低电池性能或使用期并可产生 安全风险。充电控制器302也可防止电池组的完全放电，或实施受控放电，这取决于电池技 术，以保护电池寿命。通常，充电控制器可以为能够从PV阵列的57. 42VDC下降至24VDC的 变压器，以给电池组送电，从而使它们充电。
也显示了风激发发电机200，其能够产生400瓦的DC，电压为24V。风激发发电机 200输出电流至接线盒201过渡器，接线盒201过渡器可允许使用一英寸电线管以通过60 安培保险丝203使电流传至电池组。接线盒201是能够保护系统避免可能通过系统返回并 损害电池或转换器的电涌和电压降的设备、模块和/或部件。接线盒也可包括插头(未示 出)，以便将该系统插到电网或从系统供应电力至电网。
风激发发电机200可由涡轮机停止开关202控制，其与从风激发发电机200至电 池组159的输出信号通路相连接。当有必要时，涡轮机停止开关202打开和关闭风激发发电 机200，以适当地使电池组159充电。涡轮机停止开关202可通过来自电池容量指示盒的输 入信号(feed)触发。当电池容量指示落在限定的设定以下时，它触发涡轮机停止开关202， 其将释放对风激发发电机200的制动。电池组159可包括6-12个接有电线的VDC电池，以 产生总共24VDC和能够储存和产生258安培的DC。电池组159可与能够运行至多3500瓦 功率的DC和AC后板相连接。后板可包括在60赫兹下以29. 2安培的连续AC输出能够产 生120伏单相AC的电力转换器。AC输出可随后经15安培保险丝传送到达15安培电路断 路板161，以分配AC电力遍及该结构。
本领域技术人员认识到该结构的构造和设计可根据在附图中说明的进行修改。提 供在图中的实施例仅是为了说明的目的。图解说明中的拖车为44’ X 10’构造的拖车，但可 被设计为其他尺寸。对于该尺寸的拖车，面板要求的屋顶区域将为大约150平方英尺。该 屋顶被进一步设计为容纳8-216瓦的面板并被构建成支持大约5001bs的额外负载。
在操作中，拖车必须如此放置，以便太阳能板朝向南面。可调整的太阳能PV齿条 系统被安装在屋顶上并将允许面板调节以移动拖车。风力发电机将使用杆安装系统安装至 拖车。转换器系统将利用步进变压器设置为单相120伏系统。该系统也可包括最小5KW的 发电机并且可用于使电池充电。电池的电网连接选择可代替发电机。
为了说明和描述的目的提供了执行方式的前面描述。其不是穷尽的并且不将所要 求保护的发明限于所公开的精确形式。根据以上描述，改型和变型是可能的，或可从实践本 发明中获得改型和变型。权利要求和它们的等同物限定了本发明的范围。
这些方面说明了本发明的工业适用性以及其他方面。
此外，应该清楚可采用还有更多的结构修改和改变，而不脱离本发明的范围和合 理含义，如在上文中叙述的并在本文中通过权利要求描述的。
权利要求
1.适于接受至少一个人的活动结构，所述结构包括太阳能动力发电机；风力发电机；和连接至所述风力发电机或太阳能动力发电机中的至少一个的至少一个DC电插座。
2.权利要求1所述的活动结构，进一步包括连接至所述结构的拖车底盘。
3.权利要求2所述的活动结构，进一步包括至少一个轮子和拖车拴钩。
4.权利要求1所述的活动结构，其中所述太阳能动力发电机是一排光伏太阳能板。
5.权利要求1所述的活动结构，其中所述太阳能风力发电机包括风力涡轮机。
6.权利要求1所述的活动结构，进一步包括电连接至所述风力发电机或太阳能动力发电机中的至少一个的DC电池组，以便可收集未消耗的电。
7.权利要求1所述的活动结构，进一步包括连接至所述风力发电机或太阳能动力发电机的至少一个的公共电网，以便未消耗的电可被提供给所述公共电网。
8.权利要求1所述的活动结构,进一步包括连接至所述风力发电机或太阳能动力发电机中的至少一个的DC至AC电转换器；和连接至所述转换器的AC插座。
9.权利要求1所述的活动结构，进一步其中所述适于接受人是在选自基本上由以下组成的组的结构中的房间会议室、教室、办公室、厨房、设备室和盥洗室。
10.权利要求1所述的活动结构，其中所述结构为拖车。
11.权利要求1所述的活动结构，其中所述结构为有轨车。
12.权利要求1所述的活动结构，其中所述结构为集装箱。
13.权利要求1所述的活动结构，进一步包括干式厕所。
14.产生电的方法，包括以下步骤输送活动结构至偏远区域，所述结构适于接受至少一个人；提供太阳能动力发电机至所述结构；提供风力发电机至所述结构，和将至少一个DC电插座连接至所述风力发电机或太阳能动力发电机中的至少一个。
15.权利要求14所述的方法,其中所述太阳能动力发电机为一排光伏太阳能板。
16.权利要求14所述的方法，其中所述太阳能风力发电机包括风力涡轮机。
17.权利要求14所述的方法，进一步包括将DC电池组连接至所述风力发电机或太阳能动力发电机中的至少一个的步骤，以便可收集未消耗的电。
18.权利要求14所述的方法，进一步包括将公共电网连接至所述风力发电机或太阳能动力发电机中的至少一个的步骤，以便可将未消耗的电提供给所述公共电网。
19.权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤将DC至AC电转换器连接至所述风力发电机或太阳能动力发电机中的至少一个；和将AC插座连接至所述转换器。
20.活动结构,包括至少一个侧壁；至少一个屋顶，所述屋顶与所述侧壁连接，以便通过所述连接形成的结构适于接受至少一个人；在所述屋顶上的太阳能动力发电机；风力发电机，其可移动地并且从外部与所述侧壁、端壁或屋顶中的至少一个附接，其中所述风力发电机可从所述结构移除以改善所述结构的移动性； 和连接至所述风力发电机或太阳能动力发电机中的至少一个的至少一个DC电插座。
全文摘要
提供可持续结构，其通过由交替的风力发电机和太阳能发电机充电的可再充电电池提供动力。
文档编号E04B1/348GK103025975SQ201180023440
公开日2013年4月3日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者B·S·哈丁 申请人:宜扣珀特公司