KR100384277B1 - Solar daylighting system using Fresnel and prism lens - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프레넬(Fresnel) 렌즈를 이용한 태양광 집광 장치에서 모아진 선형의 태양광을 프리즘 렌즈를 사용한 변광부에서 적절한 형상으로 전환시킨 후 실내로 연결되는 광파이프를 통하여 실내를 조명하는 프레넬 및 프리즘 렌즈를 이용한 태양광 집광 조명 장치에 관한 것이다.The present invention converts the linear solar light collected in the solar light collecting device using a Fresnel lens to a suitable shape in the light-changing unit using a prism lens and then illuminates the room through an optical pipe connected to the room. It relates to a solar condensing lighting device using a prism lens.
본 발명의 장치는, 두 개의 부채꼴 형상이 대향하면서 상호 연결된 경량 알루미늄 프레임(11)과, 이 프레임(11)의 두 원호상부에 부착되는 프레넬 렌즈(12)와, 상기 양측면의 두 부채꼴 형상부 프레임에 부착되는 측면 고반사 필름(13)으로 이루어진 집광부(10)와; 상기 프레넬 렌즈(12)의 촛점에 위치하도록 집광부(10)에 연결되며,상기 프레넬 렌즈(12)의 촛점 위치가 되는 상면의 길이 방향 중앙부에 밴드 형상의 제1 프리즘 렌즈(21)가 위치하고, 저면의 폭 방향 및 길이 방향 중앙부에는 광파이프(41)의 단면 형상과 일치하는 제2 프리즘 렌즈(22)가 위치하는 박스형 변광부(20)와, 상기 제2 프리즘 렌즈(22)의 배면에 부착되어 제2 프리즘 렌즈(22)를 통과한 빛이 광파이프(41)로 적절히 전달되도록 진로 방향을 변화시켜 주는 삼각 단면 형상의 광 커넥터(30)와; 광 커넥터(30)를 통과해 온 태양광을 전달받아 실내로 전달하는 역할을 수행하기 위하여 상기 광 커넥터(30)와 일측단부가 연결되고, 타측단부 선단면 내부에는 거울(41C)이 구비되는 광파이프(41)의 내부 상면에는 실내면 균일 조도를 위한 익스트랙터 필름(42)이, 내부 하면에는 실내 작업면 균일 확산 조도를 위한 확산 필름(43)이 부착되며, 내부 상하면에 각각 익스트랙터 필름과 확산 필름이 부착된 광파이프의 내부 전체면에 빛을 길이 방향으로 효과적으로 전달하기 위한 고반사 필름(44)이 적층, 부착되는 배광부(40)로 구성된다.The apparatus of the present invention comprises a lightweight aluminum frame 11 which is opposed to each other with two fan-shapes facing each other, a Fresnel lens 12 attached to two arcuate portions of the frame 11, and two fan-shaped portions on both sides. A light collecting part 10 formed of a side high reflection film 13 attached to the frame; The band-shaped first prism lens 21 is connected to the condenser 10 so as to be positioned at the focal point of the Fresnel lens 12, and a central portion in the longitudinal direction of the image surface that is the focal position of the Fresnel lens 12 is formed. And a box-shaped light-changing portion 20 in which the second prism lens 22 which matches the cross-sectional shape of the light pipe 41 is located at the center in the width direction and the longitudinal direction of the bottom surface, and the rear surface of the second prism lens 22. An optical connector 30 having a triangular cross-sectional shape attached to the front surface to change the path direction so that light passing through the second prism lens 22 is properly transmitted to the light pipe 41; In order to receive the sunlight passing through the optical connector 30 and transmit it to the room, the optical connector 30 and one end is connected, and the other end is provided with a mirror 41C inside the front end surface. The extractor film 42 for uniform uniformity of the interior surface is attached to the inner upper surface of the pipe 41, and the diffuser film 43 for uniform uniformity of illuminance of the indoor working surface is attached to the inner lower surface of the pipe 41, respectively. The high reflection film 44 for effectively transmitting light in the longitudinal direction to the entire inner surface of the light pipe to which the diffusion film is attached is composed of a light distribution part 40 to be laminated and attached.
본 발명의 태양광 집광 조명 장치는 경량의 프레넬 렌즈와 프리즘 렌즈를 사용하므로써 장치 전체의 중량이 현저히 감소되어 설치 및 운반이 쉬울 뿐 아니라, 종래 일반 구조체와 렌즈를 사용한 경우보다 저렴하게 제작이 가능한 이점이 있다.The solar condensing illumination device of the present invention is significantly lighter in weight due to the use of lightweight Fresnel lens and prism lens, which is easy to install and transport, and can be manufactured at a lower cost than when using conventional structures and lenses. There is an advantage.
Description
본 발명은 건축물 조명 설비 기술 중에서 태양광 집광에 의한 자연 채광 조명 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 프레넬(Fresnel) 렌즈를 이용한 태양광 집광 장치에서 모아진 선형의 태양광을 프리즘 렌즈을 사용한 변광부에서 적절한 형상으로 전환시킨 후, 실내로 연결되는 광파이프로 전반사시켜 실내를 조명해 주는 프레넬 및 프리즘 렌즈를 이용한 태양광 집광 조명 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a natural light illuminating device by solar condensing among the building lighting equipment technology, and more particularly to linear light collected from a solar concentrating device using a Fresnel lens in a light concentrating unit using a prism lens. The present invention relates to a solar condensing lighting device using a Fresnel and prism lens that illuminates an interior by converting it into a shape and then totally reflecting the light pipe connected to the interior.
종래 전통적인 한옥과 같이 남향으로 개방된 단독 주거 형태에서는 태양광의 반사에 의한 간접적인 태양광이 건물 내부로 충분히 유입되므로, 낮에는 건물 실내를 밝혀 주기 위한 별도의 조명 장치가 거의 필요치 않았다In a single residential form open to the south, such as a traditional Hanok, indirect sunlight due to the reflection of sunlight is sufficiently introduced into the building, so there is little need for a separate lighting device to illuminate the interior of the building during the day.
그러나, 오늘날의 단독 주택은 개방형인 전통 가옥과 달리 방범의 목적상 패쇄형 주택의 양식을 취하므로써 실내로 유입되는 반사 태양광이 감소되어 낮에도 어느 정도의 조명 기구를 사용하여야 하는 단점을 가지고 있다.However, today's single-family homes have the disadvantage of using some kind of lighting fixtures during the day due to the reduced amount of reflected sunlight coming into the room by taking the form of closed houses for the purpose of crime prevention, unlike the traditional houses that are open type. .
또한, 건축 기술의 발달과 함께 건물들이 대규모 고층화됨에 따라 건물들간의 태양광 차단으로 건물내의 태양광 유입이 감소되기도 하고, 창호를 통해 직접적으로 유입되는 태양광을 차단하고 건물의 미관을 위하여 장식적이지만 광투과율이 낮은 유리로 창호를 구성하거나 블라인더를 사용하므로써 건물내로 유입되는 태양광이 적어 일반적인 사무실용 건물의 경우에는 낮에도 상당히 많은 조명 기구를 켜야한다.In addition, with the development of building technology, as buildings are massively high-rise, the inflow of solar light in buildings is reduced due to the blocking of sunlight between buildings. However, due to the low light transmittance of glass windows or the use of blinds, there is less sunlight coming into the building. Therefore, in a typical office building, a large number of lighting fixtures need to be turned on during the day.
특히, 대형 고층 건축물의 경우, 낮에도 가동시키는 조명 기구에 의한 에너지 소비 비용은 상당한 수준에 이르기 때문에 국가적인 에너지 절약 뿐 아니라, 건축물의 관리 비용을 절감하기 위하여 낮에 사용되는 조명용 에너지의 절감이 매우 중요하나, 근래 많이 사용되고 있는 전자식으로 점등되는 에너지 절약형 전등과 같은, 단순히 전기를 사용하는 조명 기구의 품질 개선만으로는 한계가 있다.In particular, in the case of large high-rise buildings, the energy consumption cost of the lighting fixtures that operate even during the day is quite high, so not only the national energy saving but also the reduction of the lighting energy used during the day to reduce the maintenance cost of the building is very significant. It is important, but there is a limit to simply improving the quality of a luminaire that uses electricity, such as an energy-saving electric lamp that is widely used in recent years.
더욱이, 국내의 경우 인구에 비하여 주택과 녹지 공간은 매우 부족한 실정이기 때문에 경제 활동 공간으로서의 지하 공간 개발이 활발히 이루어지고 있고, 향후에도 지하 공간의 개발은 계속될 것이나, 이러한 지하 공간은 24시간 조명 기구가 필요로 되는 만큼 조명을 위한 에너지의 소비가 많다는 문제가 있으며, 지하 공간에서 장시간 활동하는 사람들에게는 태양광을 쬘 수 있는 시간이 절대적으로 부족하여 건강에도 좋지 않다는 문제가 있다.Moreover, in Korea, since housing and green space are very scarce compared to the population, underground space development as an economically active space is being actively carried out, and the development of underground space will continue in the future. There is a problem that the consumption of energy for lighting as much as necessary, there is a problem that people who are active for a long time in the underground space is not good for health due to the absolute lack of time to take sunlight.
따라서, 낮에 소비되는 조명용 전기 에너지의 획기적인 절약과 지하 공간에서 활동하는 사람들에 대한 일사량 보충을 위하여 태양광을 이용한 자연 채광에 의한 조명이 매우 바람직하다.Therefore, illumination by natural light using solar light is very desirable for the drastic saving of daytime electric energy for lighting and supplementation of solar radiation for people who work in the underground.
태양광을 이용한 채광 및 조명 방법은, 건물의 창이나 차양 장치 등을 이용하여 외부의 자연광을 실내 깊숙이 유입시키는 소극적 방식과, 집광기가 태양의 위치를 계속 추적하여 집광하고 집광된 태양광을 실내로 유입시키는 적극적 방식으로 구분될 수 있으며, 이들 중 대규모 건물이나 지하 공간 등에 적합한 상기 적극적 방식의 태양광을 이용한 조명 시스템들이 다양하게 개발되었고, 계속적으로 연구되고 있다.The method of daylighting and lighting using sunlight is a passive method of inflowing natural outdoor light deeply into a room using a window or shade device of a building, and the light collector keeps track of the position of the sun and collects the collected sunlight into the room. It can be classified into an active way to inflow, and among them, a variety of lighting systems using the above-described active way suitable for large buildings or underground spaces have been developed and continuously studied.
국내 특허공개공보 제 1990-12113호에는 다수개의 광학렌즈와 태양광을 전달하는 광도체 케이블 등으로 구성된 태양광 조명 장치가, 동 제 1993-1755호에는 상면에 만곡면을 가지며 외주면에 알루미늄이나 수은 등과 같은 반사체 도료와 보호용 페인트가 도착된 역사각뿔형 집광 렌즈와 광유도파이프 등으로 구성된 태양광을 이용한 조명 장치가 개시되어 있으며, 그 밖에도 다양한 장치들이 있다.In Korean Patent Publication No. 1990-12113, a solar lighting device composed of a plurality of optical lenses and a photoconductor cable for transmitting sunlight, and in 1993-1755, has a curved surface on the upper surface and aluminum or mercury on the outer peripheral surface. There is disclosed a lighting device using a solar light composed of an inverted pyramidal condensing lens and a light induction pipe such as a reflector paint and a protective paint, and various other devices.
그러나, 상기와 같은 종래의 태양광 조명 장치는 일반적으로 태양광의 집광을 위하여 다수개의 렌즈가 사용되고, 보다 많은 태양광을 모으기 위하여서는 집광부의 면적을 넓혀야 하기 때문에 집광 장치를 구성하는 렌즈의 무게가 과다하게 증가될 뿐 아니라, 그 제작 또한 매우 어렵고 가격 또한 고가인 단점이 있으며, 렌즈가 아닌 거울과 같은 반사체를 사용할 경우에는 집광 효율이 떨어져 좁은 범위의 조명만이 가능한 문제가 있다.However, in the conventional solar lighting apparatus as described above, a plurality of lenses are generally used for condensing sunlight, and in order to collect more sunlight, the weight of the lens constituting the condensing apparatus is increased. Not only is it excessively increased, but also its manufacturing is very difficult and expensive, there is a disadvantage, and when using a reflector such as a mirror rather than a lens, there is a problem that only a narrow range of illumination is low in light collection efficiency.
또한, 렌즈에 의해 렌즈의 촛점에 집광되는 태양광은 점, 즉 원의 형태를 하게 되기 때문에, 이 원 형상의 태양광이 전달되는 통로인 광파이버나 광파이프 등의 단면 형상 역시 원형이 되어야 태양광의 전달 과정에서 빛의 손실을 감소시킬 수 있으나, 종래에는 상기 원 형상의 태양광을 그대로 사용하기 때문에 광파이프와 같은 태양광 전달 수단의 제조에도 제약을 받게 된다.In addition, since the sunlight collected by the lens at the focal point of the lens is in the form of a point, that is, a circle, a cross-sectional shape such as an optical fiber or an optical pipe, which is a passage through which the circular solar light is transmitted, must also be circular. Although it is possible to reduce the loss of light in the transfer process, conventionally, since the circular solar light is used as it is, the manufacturing of the solar transmission means such as the light pipe is restricted.
본 발명은 태양광을 이용한 종래의 조명 장치들이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 태양광을 효과적으로 집광할 수 있으며 경량화가 가능한 알루미늄 프레임과 프레넬 렌즈를 사용하여 태양광을 선형의 형태로 집광하고, 선형의 형태로 집광된 태양광의 형상과 반사각을 변화시켜 태양과의 손실을 최소화하면서 실내 조명을 할 수 있는 자연 채광 시스템을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The present invention is to solve all the problems of the conventional lighting device using the solar light, and to collect the sunlight in a linear form using an aluminum frame and a Fresnel lens that can effectively collect the light and light weight. In addition, it is an object of the present invention to provide a natural light system that can be indoor lighting while minimizing the loss of the sun by changing the shape and reflection angle of the light collected in a linear form.
도 1은 본 발명 일실시예 장치의 구성도.1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
도 2는 고반사 필름이 결합된 프레넬 렌즈의 사시도.Figure 2 is a perspective view of a Fresnel lens combined with a high reflection film.
도 3은 박스형 변광부의 저면 사시도.3 is a bottom perspective view of the box-shaped variable part;
도 4는 배광부의 단면도.4 is a cross-sectional view of a light distribution unit.
도 5는 본 발명 장치를 통한 태양광의 집광 및 반사 개념도.5 is a conceptual view of the condensing and reflection of sunlight through the device of the present invention.
((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))((Explanation of symbols for main part of drawing))
10. 집광부 11. 프레임10. Condenser 11. Frame
12. 프레넬 렌즈 13. 측면 고반사 필름12. Fresnel Lens 13. Side High Reflective Film
20. 변광부 21. 제1 프리즘 렌즈20. Light changer 21. First prism lens
22. 제2 프리즘 렌즈 30. 광 커넥터22. Second Prism Lens 30. Optical Connector
40. 배광부 41. 광파이프40. Light distribution part 41. Light pipe
42. 익스트랙터 필름 43. 확산 필름42. Extractor Film 43. Diffusion Film
44. 고반사 필름44. Highly reflective film
본 발명의 상기 목적은 태양광을 집광하는 프레넬 렌즈와, 집광된 태양광의 형상과 반사각을 변화시켜 주는 프리즘 렌즈와, 프리즘 렌즈를 통과한 빛이 이동하며 전반사 되거나 실내로 투과되도록 하는 광파이프에 의하여 달성된다.The object of the present invention is a Fresnel lens for condensing sunlight, a prism lens for changing the shape and reflection angle of the collected solar light, and the light pipe through which the light passing through the prism lens is totally reflected or transmitted to the room Is achieved.
본 발명의 프레넬 및 프리즘 렌즈를 이용한 태양광 집광 조명 장치에 사용된 프레넬 렌즈는 렌즈의 두께를 줄이기 위하여 개발된 것으로, 볼록 렌즈에서 빛이 꺾이는 부분은 바로 렌즈의 표면이며 이곳에서 굴절된 빛이 초점에 모이게 되며, 이때 초점이 형성되는 쪽을 절단하여 일측이 평평한 볼록 렌즈를 형성하여도 렌즈의 기능을 수행함에는 이상이 없는 현상을 이용한 렌즈이다.The Fresnel lens used in the solar condensing illumination device using the Fresnel and prism lens of the present invention was developed to reduce the thickness of the lens, the portion of the light bent in the convex lens is the surface of the lens and the light refracted therein This focus is gathered, and at this time, even if one side forms a flat convex lens by cutting the side where the focus is formed, it is a lens using a phenomenon in which there is no problem in performing the function of the lens.
일반적인 렌즈는 가운데 부분이 두껍게 제작되지만, 프레넬 렌즈는 몇 개의 띠 모양으로 나누어 각 띠에 프리즘 작용을 가지게 하여 평평하게 제작할 수 있으며, 본 발명 장치는 집광 장치로서 아크릴이나 폴리탄산에스테르와 같은 소재로 만든 가벼운 프레넬 렌즈를 사용함에 기술적 특징이 있다.In general, the lens is made thick in the middle, but the Fresnel lens can be made flat by dividing it into a few strips to have a prism effect on each strip. The device of the present invention is made of a material such as acrylic or polycarbonate as a light collecting device. The use of lightweight Fresnel lenses has technical features.
단면 두께와 경사각이 다른 다수 띠 형태의 프리즘을, 전체적인 외주면이 원호상을 이루도록 폭 방향으로 부착시킨 형상의 프레넬 렌즈는 태양광을 한 곳으로모으게 되며, 이때 각 띠 형태의 프리즘이 길이 방향으로는 직선의 형상을 하기 때문에 각 프림즘에 의해 촛점에 모아지는 태양광의 형상은 일반 렌즈와 같은 원형이 아닌 직선과 같은 선형의 형상을 하게 된다.A Fresnel lens with multiple band-shaped prisms with different cross-sectional thicknesses and inclination angles, attached in the width direction so that the entire outer circumference is arcuate, collects sunlight in one place, with each band-shaped prism in the longitudinal direction. Since the shape of a straight line, the shape of sunlight collected by each prism focuses on a linear shape like a straight line, not a circular shape like a general lens.
즉, 각 프리즘을 통과한 다수의 선형 태양광이 하나로 중첩되어 집광되는 것이다.That is, a plurality of linear sunlight passing through each prism is condensed into one.
상기와 같이 선형으로 집광되는 태양광은 적절한 각도를 갖는 제1 프리즘 렌즈상에 집광되어 그 반사각과 형상이 변환된 후, 제2 프리즘 렌즈를 통하여 실내로 연결되는 광파이프로 조사된다.As described above, the linearly concentrated solar light is focused on the first prism lens having an appropriate angle, the reflection angle and the shape thereof are converted, and then irradiated with light pipes connected to the room through the second prism lens.
그리고, 광 파이프로 조사되는 태양광은 그 빛의 세기가 강하고 빛이 고르게 분포되지 않아 조명용으로는 적당치 않으므로 광파이프의 입구 내벽에는 빛 확산 필름과 고반사 필름이 구비되어 빛의 일부를 산란시키는 동시에 광파이프 내부로 태양광을 반사시키게 되고, 이때 상기 산란된 빛은 간접 조명의 효과를 얻을 수 있도록 하여 준다.In addition, since the light emitted from the light pipe has a strong light intensity and is not evenly distributed, it is not suitable for lighting, and thus, a light diffusion film and a high reflection film are provided on the inner wall of the light pipe to scatter a part of the light. At the same time, it reflects sunlight into the light pipe, where the scattered light makes it possible to obtain the effect of indirect lighting.
광파이프의 입구 내벽에서 산란되고 반사된 테양광은 외주면이 익스트랙터(extractor) 필름으로 둘러싸인 광파이프의 내부벽을 따라 반사 혹은 투과가 되는데, 내부벽에 대한 태양광의 입사각이 임계각 이내 일 경우에는 전반사에 의해 광파이프 내부로 반사되고, 임계각을 초과하게 되면 광파이프를 투과하여 실내로 유입되므로써 실내 조명에 사용된다.Ten rays scattered and reflected from the inner wall of the light pipe are reflected or transmitted along the inner wall of the light pipe whose outer circumference is surrounded by the extractor film. When the incident angle of sunlight to the inner wall is within the critical angle, it is caused by total reflection. When the light is reflected inside the light pipe and exceeds the critical angle, the light pipe passes through the light pipe and enters the room.
본 발명의 목적과 자세한 기술적 특성 및 작용 효과는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 다음의 상세한 설명에 의하여 명확하게 이해될 것이다.The purpose and detailed technical characteristics and operational effects of the present invention will be clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
도 1에 본 발명 일실시예 프레넬 및 프리즘 렌즈를 이용한 태양광 집광 조명 장치의 개략 구성도를, 도 2에 프레임을 제거한 상태의 집광부 사시도를, 도 3에 본 발명 일실시예 장치를 구성하는 변광부의 사시도를, 도 4에 본 발명 일실시예 장치를 구성하는 배광부의 단면도를, 도 5에 본 발명 일실시예 장치를 통한 태양광의 반사 개념도를 도시하였다.1 is a schematic configuration diagram of a solar condensing lighting apparatus using an embodiment Fresnel and a prism lens of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a light collecting unit with the frame removed, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view of a light distribution unit constituting an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a conceptual diagram of reflection of sunlight through the exemplary embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는 두 개의 부채꼴 형상이 대향하면서 상호 연결된 프레임(11)과, 이 프레임(11)의 두 원호상부를 길이 방향 양단부로 하여 부착되는 대략 원통의 부분 외주면 형상을 하는 프레넬 렌즈(12)와, 두 부채꼴 형상부 내측에 부착되는 측면 고반사 필름(13)으로 이루어진 집광부(10)와; 상기 프레넬 렌즈(12)의 촛점에 위치하도록 집광부(10)에 연결되며, 상기 프레넬 렌즈(12)의 촛점 위치가 되는 상면의 길이 방향 중앙부에 밴드 형상의 제1 프리즘 렌즈(21)가 위치하고, 저면의 폭 방향 및 길이 방향 중앙부에는 광파이프(41)의 단면 형상과 일치하는 제2 프리즘 렌즈(22)가 위치하는 박스형 변광부(20)와, 상기 제2 프리즘 렌즈(22)의 배면에 부착되어 제2 프리즘 렌즈(22)를 통과한 빛이 광파이프(41)로 적절히 전달되도록 진로 방향을 변화시켜 주는 삼각 단면 형상의 광 커넥터(30)와; 광 커넥터(30)를 통과해 온 태양광을 전달받아 실내로 전달하는 역할을 수행하기 위하여 상기 광 커넥터(30)와 일측단부가 연결되고, 타측단부 선단면 내부에는 거울(41C)이 구비되는 광파이프(41)의 내부 상면에는 실내면 균일 조도를 위한 익스트랙터 필름(42)이, 내부 하면에는 실내 작업면 균일 확산 조도를 위한 확산 필름(43)이 부착되며, 내부 상하면에 각각 익스트랙터 필름과 확산 필름이 부착된 광파이프의 내부 전체면에 빛을 길이 방향으로 효과적으로 전달하기 위한 고반사 필름(44)이 적층, 부착되는 배광부(40)로 구성된다.As shown, the apparatus of the present invention has a frame 11 having two fan-shaped faces facing each other and a substantially cylindrical partial outer circumferential surface to which two arcuate portions of the frame 11 are attached at both ends in the longitudinal direction. A condenser 10 comprising a Fresnel lens 12 and a side high reflection film 13 attached inside the two fan-shaped portions; The band-shaped first prism lens 21 is connected to the condenser 10 so as to be positioned at the focal point of the Fresnel lens 12, and the central portion in the longitudinal direction of the image surface that is the focal position of the Fresnel lens 12 is formed. And a box-shaped light-changing portion 20 in which the second prism lens 22 which matches the cross-sectional shape of the light pipe 41 is located at the center in the width direction and the longitudinal direction of the bottom surface, and the rear surface of the second prism lens 22. An optical connector 30 having a triangular cross-sectional shape attached to the front surface to change the path direction so that light passing through the second prism lens 22 is properly transmitted to the light pipe 41; In order to receive the sunlight passing through the optical connector 30 and transmit it to the room, the optical connector 30 and one end is connected, and the other end is provided with a mirror 41C inside the front end surface. The extractor film 42 for uniform uniformity of the interior surface is attached to the inner upper surface of the pipe 41, and the diffuser film 43 for uniform uniformity of illuminance of the indoor working surface is attached to the inner lower surface of the pipe 41, respectively. The high reflection film 44 for effectively transmitting light in the longitudinal direction to the entire inner surface of the light pipe to which the diffusion film is attached is composed of a light distribution part 40 to be laminated and attached.
즉, 본 발명의 장치는 집광부, 변광부, 광 커넥터 및 배광부로 구성되고, 상기 집광부에는 태양의 고도에 따라 프레넬 렌즈의 각도를 변화시킬 수 있도록 태양 추적 장치를 연계시키는 것이 바람직하다.That is, the apparatus of the present invention is composed of a light collecting part, a light changing part, an optical connector and a light distribution part, and it is preferable to associate the sun tracking device with the light collecting part so as to change the angle of the Fresnel lens according to the altitude of the sun.
본 발명의 일실시예 장치에서는, 변광부 상면의 제1 프리즘 렌즈(21)를 중심으로 상하 대칭 되도록 광센서(S)를 부착하였으며, 이 광센서(S)에 의해 조도를 실시간 측정하여 조도차가 발생하면 조도 차이가 없어지도록 하면서 태양을 추적할 수 있도록 집광부의 각도를 변화시키기 위한 장치로서 피엘씨 컨트롤러와 제어 모터(도면 미도시)를 채용하였다.In one embodiment of the present invention, the optical sensor (S) is attached to the upper and lower symmetry around the first prism lens (21) on the upper surface of the light-changing unit, and the illumination difference is measured by real-time measuring the illuminance by the optical sensor (S) The PLC controller and the control motor (not shown) are employed as the device for changing the angle of the light collecting unit so that the difference in illuminance may occur and the sun can be traced when it occurs.
그리고, 박스형 변광부(20)의 내부에는 전반사 필름(도면 미도시)이 구비되어 제1 프리즘 렌즈(21)를 통해 변광부 내부로 진행된 태양광을 계속하여 전반사시켜 종래에는 변광부의 출구 즉, 제2 프리즘 렌즈(22)를 통하여 변광부를 빠져나가게 된다.In addition, a total reflection film (not shown) is provided inside the box-shaped light-changing unit 20 to continuously reflect the sunlight propagated into the light-changing unit through the first prism lens 21, so that the exit of the light-changing unit is conventional. The variable light exits through the second prism lens 22.
즉, 상면의 제1 프리즘 렌즈(21)에 선형으로 집광된 태양광의 대부분은 저면의 제2 프리즘 렌즈(22)로 입사된다.That is, most of the sun light linearly focused on the first prism lens 21 on the image is incident on the second prism lens 22 on the bottom.
이때, 상면의 제1 프리즘 렌즈(21)를 적절히 선택하면 선형으로 집광된 태양광의 형상을 사각, 원 등의 원하는 형상, 즉 광파이프의 단면 형상에 일치되도록 변화시킬 수 있는 바, 배광부로의 광전송 효율을 가능한 한 높일 수 있도록 제1 프리즘 렌즈을 설계할 수 있으며, 이러한 역할을 하는 변광부에 본 발명 장치의 기술적 특징이 있다.At this time, if the first prism lens 21 on the upper surface is properly selected, the shape of the linearly concentrated solar light can be changed to match the desired shape such as square or circle, that is, the cross-sectional shape of the light pipe. The first prism lens can be designed to increase the efficiency as much as possible, and there is a technical feature of the device of the present invention in the light-changing part which plays such a role.
따라서, 상기 실시예 장치에서는 사각 단면 형상의 광파이프와 제2 프리즘 렌즈가 사용되었으나, 원형의 광파이프와 같이 다른 단면 형태의 광파이프가 사용되어도 무방하다.Therefore, in the above-described embodiment, the light pipe having the square cross-sectional shape and the second prism lens are used, but the light pipe having another cross-sectional shape may be used such as the circular light pipe.
상기와 같이 구성된 본 발명 장치의 광전송 성능은 집광부, 변광부, 배광부 각각의 효율(ηC,ηT,ηP)을 구함으로써 얻을 수 있으며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.The optical transmission performance of the apparatus of the present invention configured as described above can be obtained by obtaining the efficiency (η C, η T, η P ) of each of the light converging unit , the light converging unit , and the light distribution unit, and can be expressed as follows.
상기에서, ηtotal은 장치 전체의 효율, φi는 장치 입구에서의 광속, φo는 장치 출구에서의 광속, C는 집광부, T는 변광부, P는 배광부이다.In the above description, η total is the efficiency of the entire apparatus, φ i is the luminous flux at the inlet of the apparatus, φ o is the luminous flux at the outlet of the apparatus, C is the condensing portion, T is the light condensing portion, and P is the light distribution portion.
상기 식에서 (φi)C는 태양에서 집광부로 도달하는 전체 광속을 나타내며, 집광부에서 나가는 광속은 변광부로 들어가는 광속과, 변광부에서 나오는 광속은 배광부로 들어가는 광속과 같기 때문에 본 발명 장치의 전체 효율 관계식은 다음식과같이 집광부에 도달한 전체 광속 중 배광부를 통해 실내로 유입되는 광속의 비로 나타낼 수 있다.In the above formula, (φ i ) C represents the total luminous flux reaching the condenser from the sun, and the luminous flux exiting the condenser is equal to the luminous flux entering the light condensing portion and the luminous flux from the light condensing portion is equal to the luminous flux entering the light distribution portion. The overall efficiency relation can be expressed as the ratio of the light flux flowing into the room through the light distribution unit among the total light fluxes reaching the condenser as follows.
상기 식 2에 근거하여 변광부의 효율을 실험을 통하여 측정하였다.Based on Equation 2, the efficiency of the variable part was measured through experiments.
이때, 본 발명 장치와 광원을 동일 높이로 설치하고 변광부 입구부에 제1 프리즘 렌즈가 없는 경우와 70°, 90°의 제1 프리즘 렌즈를 각각 설치한 경우로 구분하였으며, 광원의 방위각을 5°간격으로 변화시키면서 변광부의 효율을 측정한 결과는 다음의 표 1과 같다.In this case, the apparatus and the light source of the present invention are installed at the same height, and the first prism lens of 70 ° and 90 ° is installed and the first prism lens of the 70 ° and 90 ° is respectively installed at the entrance of the light-changing part. The results of measuring the efficiency of the variable part while changing at intervals are shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 방위각이 0∼10°일 때는 프리즘 각도가 70°인 프리즘 렌즈의 효율이 높게 나타났으며, 15∼25°일 때는 프리즘 각도가 90°인 프리즘 렌즈의 효율이 높게 나타났는 바, 이러한 결과는 변광부의 효율 향상을 위하여 태양의 이동 경로에 따라 그에 적합한 프리즘 렌즈로 바꾸어 주어야 한다는 것을 보여주는 것이다.As can be seen from Table 1, when the azimuth angle is 0 to 10 °, the prism angle having a prism angle of 70 ° has a high efficiency, and at 15-25 °, the prism lens having a prism angle of 90 ° has a high efficiency. As shown, this result indicates that the prism lens should be changed according to the path of the sun to improve the efficiency of the light guide part.
즉, 본 발명 장치를 중심으로 태양의 방위각이 큰 9∼11시 및 13∼15시 사이에는 90°의 프리즘 렌즈을 사용하고, 태양의 방위각이 거의 없는 11∼13시 사이에는 70°의 프리즘 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.That is, a prism lens of 90 degrees is used between 9 and 11 o'clock and 13 to 15 o'clock with a large azimuth angle of the sun, and a 70 degree prism lens between 11 and 13 o'clock with almost no azimuth angle of the sun. It is preferable to use.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 태양광 집광 조명 장치는 경량의 프레넬 렌즈와 프리즘 렌즈를 사용하므로써 장치 전체의 중량이 현저히 감소되어 설치 및 운반이 손쉬울 뿐 아니라, 가격도 종래 일반 렌즈를 사용한 경우보다 저렴하게 제작이 가능한 이점이 있다.As described above, the solar condensing illumination device of the present invention uses a lightweight Fresnel lens and a prism lens to significantly reduce the overall weight of the device, thereby making it easy to install and transport, and also to use a conventional general lens. There is an advantage that can be made cheaper than the case.
그리고, 집광된 선형의 태양광을 광파이프의 단면 형상에 알맞도록 변화시킬 수 있기 때문에, 설치 장소에 따라 달라질 수 있는 광파이프의 단면 형상에 제약을 받지 않고, 일정항 효율을 유지할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the collected linear solar light can be changed to suit the cross-sectional shape of the light pipe, the advantage of maintaining constant efficiency can be maintained without being limited by the cross-sectional shape of the light pipe that can vary depending on the installation location. have.
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