KR100332734B1

KR100332734B1 - 벽면 부착형 태양광 조명장치

Info

Publication number: KR100332734B1
Application number: KR1019990017760A
Authority: KR
Inventors: 송규동; 임동진; 원종주
Original assignee: 송규동; 원종주; 임동진
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2002-04-17
Also published as: KR20000074065A

Abstract

본 발명은 벽면 부착형 태양광 조명장치에 관한 것으로서, 태양의 고도와 방위각에 따라 자동제어되는 집광장치에 의해 집광하고 실내 공간의 필요한 장소로 분배하는 장치에 있어서: 적어도 전방면이 투명하고 벽면에 설치 가능한 구성을 지니는 본체(10); 상기 본체(10)의 하단에 설치되고, 태양에 수직으로 향하도록 회전하는 복수의 반사판(11); 초점 위치에 크기가 작은 오목거울인 중심체(21)를 구비하고, 중심에 구멍이 형성되어 있고, 상기 반사판(11)을 통하여 도달되는 광을 중심체(21)에서 집광하도록 본체(10)의 상단에 설치되고, 집광된 태양광을 중심의 구멍을 통하여 상측으로 송출하는 오목거울의 형태의 복수의 집광판(20); 직각으로 분기되어 상기 집광판(20)의 중심 구멍에 연결된 분기덕트(31)를 구비하고, 직각으로 꺽이는 부위에 미러(32)를 개재하여 태양광을 송출하고, 본체(10)의 상단에 설치되는 메인덕트(30); 및 상기 메인덕트(30) 상에서 분기덕트(31)와 연결되는 부분에 설치되고, 후방의 광을 통과시켜 모두 집적되도록 하는 광선합성기구(40)를 포함함에 따라, 광케이블을 사용하지 않아 설비비를 절감하고 벽면에 설치하여 공간활용을 도모하면서도 광선을 용이하게 집적하여 필요한 장소로 전달하는 효과가 있다.

Description

벽면 부착형 태양광 조명장치{WALL-MOUNT TYPE SUNLIGHTING SYSTEM}

본 발명은 벽면 부착형 태양광 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광케이블을 사용하지 않아 설비비를 절감하고 벽면에 설치하여 공간활용을 도모하면서도 광선을 용이하게 집적하여 필요한 장소로 전달할 수 있는 벽면 부착형 태양광 조명장치에 관한 것이다.

지구상에 공급되는 태양열은 모든 인간이 필요로 하는 총 에너지의 10,000배 이상으로 매우 풍부할 뿐만 아니라 무공해 에너지원으로 매우 좋은 조건을 갖추고 있다. 그럼에도 태양에너지의 이용은 발전장치, 온수급탕기 등에 한정되어 있었고 이에 따라 근래에는 적극적인 활용을 위한 선진국의 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다.

특히 우리나라는 일사량이 풍부하고 인구밀집 거주지역이 많아 태양에너지 이용이 적절한 것으로 분석된 바 있으며, 환경오염 문제가 심각하게 대두되고 있는 상황에서 에너지와 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 태양에너지에 대한 기술개발 및 보급화 사업은 매우 시급한 실정이다.

도 1은 종래의 태양광 조명장치에 사용되는 집광장치를 나타내는 사시도가 도시된다.

부호 1은 태양광을 집광하기 위한 복수의 렌즈이고, 부호 2는 복수의 렌즈가 태양을 향하도록 이동시키는 구동기이고, 부호 3은 렌즈(1)에서 집광된 태양광을 전송하기 위한 광섬유이고, 부호 4는 렌즈의 태양광을 집속하여 광섬유(3)에 전달하는 석영봉이고, 부호 5는 복수의 위치에서 광량을 비교하여 태양의 위치를 검출하는 센서이다.

이와 같은 종래의 장치는 광섬유(3), 석영봉(4), 센서(5) 등 고가의 부품을 사용하는 구성에 따라 설비비가 상승되고 전기적 에러에 의한 고장이 다발하기 쉬워 불편을 초래하고 유지 보수비가 상승되는 단점이 있다.

그러므로 본 발명의 목적은 상기한 단점을 해소하기 위한 것으로서, 광케이블을 사용하지 않아 설비비를 절감하고 벽면에 설치하여 공간활용을 도모하면서도 광선을 용이하게 집적하여 필요한 장소로 전달할 수 있는 벽면 부착형 태양광 조명장치를 제공한다.

도 1은 종래의 태양광 조명장치에 사용되는 집광장치를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 조명장치의 주요부를 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 조명장치에서 반사판의 구동기구를 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 조명장치에서 광선합성기구를 나타내는 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 조명장치의 설치 상태를 나타내는 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 본체 11 : 반사판

12 : 지지판 13 : 기어

14 : 밀대 15 : 래크

16 : 회전봉 20 : 집광판

21 : 중심체 30 : 메인덕트

31 : 분기덕트 32 : 미러

40 : 광선합성기구 41 : T형관

42 : 환형 미러 43, 44 : 볼록렌즈

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 태양의 고도와 방위각에 따라 자동제어되는 집광장치에 의해 집광하고 실내 공간의 필요한 장소로 분배하는 장치에 있어서: 적어도 전방면이 투명하고 벽면에 설치 가능한 구성을 지니는 본체(10); 상기 본체(10)의 하단에 설치되고, 태양에 수직으로 향하도록 회전하는 복수의 반사판(11); 초점 위치에 크기가 작은 오목거울인 중심체(21)를 구비하고, 중심에 구멍이 형성되어 있고, 상기 반사판(11)을 통하여 도달되는 광을 중심체(21)에서 집광하도록 본체(10)의 상단에 설치되고, 집광된 태양광을 중심의 구멍을 통하여 상측으로 송출하는 오목거울의 형태의 복수의 집광판(20); 직각으로 분기되어 상기 집광판(20)의 중심 구멍에 연결된 분기덕트(31)를 구비하고, 직각으로 꺽이는 부위에 미러(32)를 개재하여 태양광을 송출하고, 본체(10)의 상단에 설치되는 메인덕트(30); 및 상기 메인덕트(30) 상에서 분기덕트(31)와 연결되는 부분에 설치되고, 후방의 광을 통과시켜 모두 집적되도록 하는 광선합성기구(40)를 포함하며, 상기 광선합성기구(40)는 전방구(41a)와 후방구(41b)에 직교하는 이음구(41c)를 지니는 T형관(41)과, 상기 T형관(41) 상에서 이음구(41c)의 광선을 후방구(41b)로 보내도록 설치되고 중앙에 구멍(42a)을 지니는 환형 미러(42)와, 상기 T형관(41) 상에서 전방구(41a)의 광선을 환형 미러(42)의 구멍(42a)을 통과해 후방구(41b)로 보내도록 설치되는 한 쌍의 볼록렌즈(43)(44)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 반사판(11)은 지지판(12) 상에서 태양의 고도에 맞추도록 상하로 선회운동하는 동시에 지지판(12)과 함께 태양의 이동위치에 맞추도록 좌우로 회전운동하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 조명장치의 주요부를 나타내는 사시도가 도시된다.

본 발명은 태양의 고도와 방위각에 따라 자동제어되는 집광장치에 의해 집광하고 실내 공간의 필요한 장소로 분배하는 장치에 관련되는 바, 적어도 전방면이 투명하고 벽면에 설치 가능한 구성을 지니는 본체(10) 상에 반사판(11), 집광판(20), 메인덕트(30), 광선합성기구(40) 등을 설치하여 일체화한다.

수광을 위해 본체(10)의 전방면을 비롯하여 양측면과 상부면의 일부도 투명하게 처리하는 것이 바람직하다. 벽면 설치를 위해 본체(10)는 형강을 이용한 프레임 구조로 되고 프레임의 후방에 고정을 위한 플랜지를 형성한다.

본 발명에 따르면 태양에 수직으로 향하도록 회전하는 복수의 반사판(11)이상기 본체(10)의 하단에 설치된다. 반사판(11)은 평판 상태의 미러를 사용하고 회전중에 상호 간섭되지 않도록 일렬로 배치한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 반사판(11)을 통하여 도달되는 광을, 화살표 a로 표시된 바와 같이, 중심체(21)에서 집광하도록 본체(10)의 상단에 복수의 집광판(20)이 설치된다. 집광판(20)은 오목거울 형태로서 초점위치에 중심체(21)를 지니고 집광된 태양광을 중심의 구멍을 통하여 상측으로 송출한다. 집광판(20)은 이동을 요하지 않는 고정구조로 하고 상호 접촉된 상태에서 일렬로 배치된다. 중심체(21)는 크기가 작은 오목거울을 사용하고 집광판(20)에 연결한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 집광판(20)의 중심 구멍에서 태양광을 받도록 본체(10)의 상단에 각각의 분기덕트(31)를 개재하여 메인덕트(30)를 설치한다. 분기덕트(31)는 집광판(20)마다 설치되고 중심체(21)에서 보내오는 광선을 90°로 반사시키기 위한 미러(32)가 설치된다. 메인덕트(30)는 분기덕트(31)에 연결되어 각각의 미러(32)에서 보내오는 광선을 집광하여 일방향으로 전송한다.

또, 본 발명에 따르면 후방의 광을 통과시켜 모두 집적되도록 하는 광선합성기구(40)가 상기 메인덕트(30) 상에서 분기덕트(31)와 연결되는 부분에 설치된다. 광선합성기구(40)는 분기덕트(31) 중 최전방의 것을 제외한 부분에 설치되며, 구체적 구성은 도 4의 설명을 참조한다. 최전방의 분기덕트(31),즉 도 2에서 가장 좌측의 분기덕트(31)는 광선합성기구(40) 대신 미러(32)를 설치하여 광선을 90°로 반사시킨다.

도 3은 본 발명에 따른 조명장치에서 반사판의 구동기구를 나타내는 사시도가 도시된다.

본 발명에 따른 반사판(11)은 지지판(12) 상에서 태양의 고도에 맞추도록 상하로 선회운동하는 동시에 지지판(12)과 함께 태양의 이동위치에 맞추도록 좌우로 회전운동한다.

지지판(12)을 본체(10)에 대하여 회전가능하게 고정하고 상단의 힌지를 개재하여 반사판(11)을 고정한다. 지지판(12)에는 기어(13)가 고정되고, 기어(13)는 래크(14)에 맞물리며, 밀대(15)는 기어(13)의 중심을 통과하여 반사판(11)에 연결된다. 밀대(15)는 다수의 칼라(collar)를 지니고 회전봉(16)의 치형과 맞물린다. 이에 따라, 래크(14)가 좌우이동하면(화살표 A로 표시됨) 반사판(11)은 기어(13)를 중심으로 좌우로 회전하고(화살표 A'로 표시됨), 회전봉(16)이 앞뒤로 회전하면(화살표 B로 표시됨) 밀대(15)는 상하로 회동하여(화살표 B'로 표시됨) 반사판(11)의 경사각을 조절한다.

도시에는 없으나 래크(15)의 이동과 회전봉(16)의 회전은 각각의 서보모터와 컨트롤러를 이용하여 수행한다. 컨트롤러는 특정 지역에서 연중 시간에 따른 태양의 고도 및 위치 변화에 대한 데이터를 참조하여 설정된 프로그램에 따라 제어를 수행하는데, 반사판(11)의 회전범위는 좌우 90°씩 180°정도가 적절한 반면 경사범위는 45∼90°정도가 적절하다.

도 4는 본 발명에 따른 조명장치에서 광선합성기구를 나타내는 사시도가 도시된다.

본 발명의 광선합성기구(40)는 전방구(41a)와 후방구(41b)에 직교하는 이음구(41c)를 지니는 T형관(41) 상에 환형 미러(42)와 한 쌍의 볼록렌즈(43)(44)가 설치된다. 환형 미러(42)는 중앙에 구멍(42a)을 지니고 T형관(41) 상에서 이음구(41c)의 광선을 후방구(41b)로 보내도록 설치된다. 볼록렌즈(43)(44)는 상기 T형관(41) 상에서 환형 미러(42)의 전후방으로 설치된다. 전방의 볼록렌즈(43)는 관경과 같은 크기로 하고 촛점이 환형 미러(42)의 구멍(42a)에 오도록 한다. 후방의 볼록렌즈(44)는 환형 미러(42)의 구멍(42a)과 비슷한 크기로 한다.

이에 따라 전방구(41a)로 들어온 광선은 환형 미러(42)의 구멍(42a)을 통과해 후방구(41b)로 보내지고, 이음구(41c)로 들어온 광선은 환형 미러(42)에서 반사되어 후방구(41b)로 보내진다. 그러므로 후방구(41b)에서는 각 반사판(11)에서 집광판(20)을 거친 광선이 모두 집속된다.

도시에는 없으나 이외에도 광선을 집속하는 수단은 설치장소에 따라 다양한 방식으로 구현하는 것이 가능하다. 예컨대 원통을 중심방향으로 4분할한 형태의 거울을 사용하여 필요한 방향으로 반사시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 조명장치의 설치 상태를 나타내는 사시도가 도시된다.

본체(10)를 건물의 일측 벽면에 설치하고 부호 33의 덕트를 타측 벽면에 설치하여 상호 연결시킨다. 부호 33의 덕트에서 필요한 장소마다 부호 34의 분기덕트를 설치한다. 본체(10)에서 메인덕트(30)와 부호 33의 덕트 사이의 연결부와, 부호 33 및 34의 덕트 사이의 연결부에는 각각 부호 32와 같은 미러를 설치하여 광을 90°로 반사시킨다.

상기한 어느 부분에서도 종래와 같은 광케이블을 사용하지 않고도 태양광을 집속하여 전송하는 것이 가능하다. 예를 들어 63빌딩에 태양광 조명장치를 설치한다고 가정할 때 종래의 장치는 옥상에 설치하여 필요한 곳까지 광섬유를 끌어다 쓰고 있으나 본 발명의 장치는 벽면에 부착하여 필요한 곳에 직접 주사하기 때문에 광섬유 없이 태양광을 전달할 수 있다.

태양광량을 비교하더라도 옥상에 설치하는 것보다 남쪽 벽면에 설치하는 것이 훨씬 유리하다. 맑은날 직달 조도값이 10만 룩스(lx)를 넘을 때 90,000 루멘(lumen)의 빛을 집광할 수 있고 70%의 효율로 실내에 63,000 루멘의 빛을 전달한다면 9m×10m의 실내에서 700 룩스(lx)의 조도가 유지된다.

이와 같이 본 발명의 조명장치는 태양광을 집광하여 건물내의 필요한 곳으로 분배하는 방식에 따라 건물 전체 전기에너지 소비량의 약1/3을 차지하고 있는 조명용 전기에너지를 절약하고 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다.

또한 본 발명의 장치는 기존의 건축물에 외장재처럼 부착할 수 있으므로 미관을 해치지 않는다.

이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명의 벽면 부착형 태양광 조명장치는 광케이블을 사용하지 않아 설비비를 절감하고 벽면에 설치하여 공간활용을 도모하면서도 광선을 용이하게 집적하여 필요한 장소로 전달하는 효과가 있다.

Claims

태양의 고도와 방위각에 따라 자동제어되는 집광장치에 의해 집광하고 실내 공간의 필요한 장소로 분배하는 장치에 있어서:

적어도 전방면이 투명하고 벽면에 설치 가능한 구성을 지니는 본체(10);

상기 본체(10)의 하단에 설치되고, 태양에 수직으로 향하도록 회전하는 복수의 반사판(11);

초점 위치에 크기가 작은 오목거울인 중심체(21)를 구비하고, 중심에 구멍이 형성되어 있고, 상기 반사판(11)을 통하여 도달되는 광을 중심체(21)에서 집광하도록 본체(10)의 상단에 설치되고, 집광된 태양광을 중심의 구멍을 통하여 상측으로 송출하는 크기가 큰 오목거울인 복수의 집광판(20);

직각으로 분기되어 상기 집광판(20)의 중심 구멍에 연결된 분기덕트(31)를 구비하고, 직각으로 꺽이는 부위에 미러(32)를 개재하여 태양광을 송출하고, 본체(10)의 상단에 설치되는 메인덕트(30); 및

상기 메인덕트(30) 상에서 분기덕트(31)와 연결되는 부분에 설치되고, 후방의 광을 통과시켜 모두 집적되도록 하는 광선합성기구(40)

를 포함하며,

상기 광선합성기구(40)는 전방구(41a)와 후방구(41b)에 직교하는 이음구(41c)를 지니는 T형관(41)과, 상기 T형관(41) 상에서 이음구(41c)의 광선을 후방구(41b)로 보내도록 설치되고 중앙에 구멍(42a)을 지니는 환형 미러(42)와, 상기 T형관(41) 상에서 전방구(41a)의 광선을 환형 미러(42)의 구멍(42a)을 통과해 후방구(41b)로 보내도록 설치되는 한 쌍의 볼록렌즈(43)(44)를 구비하는 것을 특징으로 하는 벽면 부착형 태양광 조명장치.
제 1 항에 있어서,

상기 반사판(11)은 지지판(12) 상에서 태양의 고도에 맞추도록 상하로 선회운동하는 동시에 지지판(12)과 함께 태양의 이동위치에 맞추도록 좌우로 회전운동하는 것을 특징으로 하는 벽면 부착형 태양광 조명장치.
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