KR100712726B1 - Apparatus for collecting light - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집광장치에 관한 것으로서, 특히 태양광을 집광하여 광파이프로 전달하기 위한 집광장치에 있어서, 베이스, 제1축선을 회전중심선으로 하여 상기 베이스에 대해 회전 가능하게 설치된 회전체, 상기 회전체를 상기 제1축선을 중심으로 회전시키기 위한 제1회전수단, 상기 제1축선과 교차하는 제2축선을 회전중심선으로 하여 상기 회전체에 대해 회전 가능하게 설치되며, 입사되는 태양광을 반사시키는 반사경, 상기 반사경을 상기 제2축선을 중심으로 회전시키기 위한 제2회전수단, 및 상기 반사경으로부터 반사된 태양광을 집속하여 상기 태양광을 광파이프로 전달하는 집광부를 포함하며, 방위각과 고도각이 변하는 태양광의 궤적을 추적하여 반사경의 기울어짐 각도와 회전 각도를 제어할 수 있는 구조를 가진 집광장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light collecting device, and in particular, a light collecting device for collecting and transmitting solar light to an optical pipe, comprising: a base and a rotating body rotatably installed with respect to the base using the first axis as a rotation center line. A first rotating means for rotating the center around the first axis line, a second mirror line intersecting the first axis line as a center of rotation, and rotatably installed with respect to the rotating body and reflecting the incident sunlight And a second rotating means for rotating the reflector about the second axis, and a condenser configured to focus the sunlight reflected from the reflector and to transmit the sunlight to the light pipe. The present invention relates to a light collecting device having a structure capable of controlling a tilt angle and a rotation angle of a reflector by tracking a trajectory of sunlight.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광장치를, 커버의 정면부를 절단해 내고 나타낸 정면도.1 is a front view showing a light collecting device according to an embodiment of the present invention with the front part of the cover cut out;
도 2는 도 1에 도시된 집광장치의 Ⅱ-Ⅱ 선 단면도.FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of the light collecting device shown in FIG. 1; FIG.
도 3은 도 1에 도시된 집광장치의 Ⅲ-Ⅲ 선 단면도.3 is a cross-sectional view taken along line III-III of the light collecting device shown in FIG. 1;
도 4는 도 1에 도시된 집광장치의 커버의 "A"부의 부분확대도.4 is an enlarged view of a portion "A" of the cover of the light collecting device shown in FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 베이스 20 : 회전체10: base 20: rotating body
31 : 제1축선 32 : 종동기어31: 1st axis 32: driven gear
33 : 구동기어 34 : 제1모터33: drive gear 34: first motor
40 : 반사경 41 : 보조반사경40: reflector 41: auxiliary reflector
51 : 제2축선 52 : 종동풀리51: second axis 52: driven pulley
53 : 구동풀리 55: 제2모터53: drive pulley 55: second motor
61 : 프레넬렌즈 62 : 광초점렌즈61 Fresnel
70 : 커버70: cover
본 발명은 집광장치에 관한 것으로서, 상세하게는 태양의 이동궤적에 따라 변화하는 태양광의 방위각과 고도각을 추적하여 반사경의 기울어짐 각도와 회전 각도가 제어될 수 있도록, 태양광의 입사량을 최대화할 수 있는 위치로 반사경의 위치를 조정할 수 있는 집광장치에 관한 것이다.The present invention relates to a light collecting device, and in detail, the inclination angle and rotation angle of the reflector can be controlled by tracking the azimuth and altitude angles of the sunlight that change according to the movement trajectory of the sun, thereby maximizing the incident amount of sunlight. It relates to a light collecting device that can adjust the position of the reflector to a position that can be.
지구에 공급되는 태양에너지는, 지구상의 모든 인간이 필요로 하는 총 에너지량 이상으로 매우 풍부할 뿐만 아니라 무공해 에너지원으로 매우 좋은 조건을 갖추고 있다. 최근 석탄, 석유 등의 화석에너지원의 고갈 및 가격상승, 화석에너지원의 사용으로 인한 환경오염 문제가 심각하게 대두되고 있는 상황에서 에너지와 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 태양 에너지에 대한 효율적 이용이 시급한 실정이다.Solar energy supplied to the earth is not only very rich in the total amount of energy required by all human beings on the planet, but also very good as a source of pollution-free energy. Recently, the depletion and price of fossil energy sources such as coal and petroleum, and the environmental pollution caused by the use of fossil energy sources are seriously emerging. It is true.
이러한 실정에 따라 태양광을 집광하여 직접 건물 내로 분배하는 집광장치를 개발하는 연구가 진행되어 왔는데, 이러한 집광장치에 있어서는 날짜별 및 시간별에 따라 이동궤적을 달리하는 태양광을 얼마나 정확하게 추적하느냐에 따라 그 효율이 좌우된다.Under these circumstances, research has been conducted to develop a light concentrator that collects sunlight and directly distributes it into a building. In this light concentrator, the accuracy of tracking solar light having different movement trajectories according to date and time is determined accordingly. Efficiency depends.
종래의 태양광을 추적하여 집광하는 집광장치는, 입사되는 태양광을 반사시키는 반사경의 위치를 제어하기 위한 제어부가 태양광의 방위각 또는 고도각 중 어느 일측의 변화에만 대응 가능하게 하나의 축으로 구성되어 있었다. 기울어진 회전축을 중심으로 한 지구의 자전운동에 의해 태양광의 방위각과 고도각은 타원궤도를 그리면서 변화하는데, 종래와 같이 1축 제어만이 가능한 반사경은 태양광의 이 동궤적을 추적할 수 없는 한계가 있게 된다.The conventional light concentrating device for tracking and condensing sunlight is configured with one axis such that a control unit for controlling the position of a reflector reflecting incident sunlight is capable of responding only to a change in either one of an azimuth or an elevation angle of sunlight. there was. The Earth's azimuth and elevation angles are changed by drawing an elliptical orbit by the Earth's rotational movement around the tilted rotation axis. As in the conventional art, the reflector which can only control one axis has a limit that cannot track the movement trajectory of sunlight. Will be.
따라서, 결과적으로 태양광의 집광효율이 떨어지게 되어 태양광을 활용하지 못해 부족하게 된 부분만큼의 화석에너지를 더 사용하게 되므로, 에너지 비용의 증가 및 환경오염 문제가 발생하게 된다.Therefore, as a result, the light collecting efficiency of the solar light is reduced, so that the fossil energy is used as much as the insufficient amount due to the lack of sunlight, resulting in an increase in energy cost and environmental pollution.
본 발명은, 태양의 이동궤적에 따라 변화하는 태양광의 방위각과 고도각을 추적하여 반사경의 기울어짐 각도와 회전 각도가 제어되어 태양광의 입사량을 최대화할 수 있는 위치로 반사경의 위치를 조정할 수 있도록 구조가 개선된 집광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention, by tracking the azimuth and altitude of the sunlight changes according to the movement trajectory of the sun is controlled so that the tilt angle and rotation angle of the reflector is controlled to adjust the position of the reflector to a position that can maximize the amount of incident sunlight An object of the present invention is to provide a light collecting device having an improved structure.
본 발명은 태양광을 집광하여 광파이프로 전달하기 위한 집광장치에 있어서, 베이스, 제1축선을 회전중심선으로 하여 상기 베이스에 대해 회전 가능하게 설치된 회전체, 상기 회전체를 상기 제1축선을 중심으로 회전시키기 위한 제1회전수단, 상기 제1축선과 교차하는 제2축선을 회전중심선으로 하여 상기 회전체에 대해 회전 가능하게 설치되며, 입사되는 태양광을 반사시키는 반사경, 상기 반사경을 상기 제2축선을 중심으로 회전시키기 위한 제2회전수단, 상기 반사경으로부터 반사된 태양광을 집속하여 상기 태양광을 광파이프로 전달하는 집광부를 포함하는 집광장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a light concentrating device for condensing sunlight and delivering light to a light pipe. A first rotating means for rotating the light source, a second axis line intersecting the first axis line as a center of rotation, rotatably installed with respect to the rotating body, a reflecting mirror reflecting incident sunlight, and the reflecting mirror in the second It provides a light concentrating device including a second rotating means for rotating about an axis, and a light converging unit for concentrating the sunlight reflected from the reflector to transmit the sunlight to the light pipe.
본 발명에 따른 집광장치에 있어서, 상기 제1회전수단은, 상기 회전체와 동축적으로 배치되어 그 회전체에 고정된 종동기어, 상기 종동기어에 기어연결된 구 동기어; 및 상기 구동기어를 회전시키는 제1모터를 포함할 수 있다.In the light collecting device according to the present invention, the first rotating means includes: a driven gear coaxially disposed with the rotating body and fixed to the rotating body, an old synchronous gear gear connected to the driven gear; And it may include a first motor for rotating the drive gear.
본 발명에 따른 집광장치에 있어서, 상기 제2회전수단은, 상기 반사경에 결합되며, 상기 제2축선상에 배치된 종동풀리, 상기 종동풀리에 회전력을 전달하는 구동풀리, 상기 구동풀리와 종동풀리에 감아걸린 벨트, 상기 구동풀리를 회전시키는 제2모터를 포함할 수 있다.In the light collecting device according to the present invention, the second rotating means is coupled to the reflector, the driven pulley disposed on the second axis, the driving pulley for transmitting the rotational force to the driven pulley, the driving pulley and the driven pulley A belt wound around, and may include a second motor for rotating the drive pulley.
본 발명에 따른 집광장치에 있어서, 상기 집광부는, 프레넬렌즈를 포함할 수 있다.In the light collecting device according to the present invention, the light collecting unit may include a Fresnel lens.
본 발명에 따른 집광장치에 있어서, 상기 집광부에 의해 집속되는 태양광의 초점거리를 조정하기 위한 광초점렌즈를 더 포함할 수 있다.The light concentrating device according to the present invention may further include an optical focus lens for adjusting a focal length of the sunlight focused by the light concentrating unit.
본 발명에 따른 집광장치에 있어서, 상기 집광부에 의해 집속되는 태양광을 상기 광파이프 내의 원하는 위치로 반사시키기 위한 보조반사경을 더 포함할 수 있다.The light collecting device according to the present invention may further include an auxiliary reflector for reflecting the sunlight focused by the light collecting unit to a desired position in the light pipe.
본 발명에 따른 집광장치에 있어서, 상기 반사경을 덮어씌우는 투명한 재질의 커버를 더 포함할 수 있다.In the light collecting device according to the present invention, the cover may further include a cover made of a transparent material covering the reflector.
본 발명에 따른 집광장치에 있어서, 상기 커버 상에 형성되는 자외선차단막 및 습기방지막을 더 포함할 수 있다.In the light collecting device according to the present invention, the light-shielding film and the moisture barrier film formed on the cover may further include.
이하, 본 발명에 따른 집광장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a light collecting device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광장치를, 커버의 정면부를 절단해 내고 나타낸 정면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 집광장치의 Ⅱ-Ⅱ 선 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 집광장치의 Ⅲ-Ⅲ 선 단면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 집광장치의 커버의 "A"부의 부분확대도이다.1 is a front view showing a light collecting device according to an embodiment of the present invention with the front part of the cover cut out, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the light collecting device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. 1. Sectional view taken along line III-III of the light collecting device shown in FIG. 4 is an enlarged view of a portion "A" of the cover of the light collecting device shown in FIG.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 집광장치는, 베이스(10), 회전체(20), 제1회전수단, 반사경(40), 제2회전수단, 집광부, 광초점렌즈(62), 보조반사경(41), 커버(70)를 포함하고 있다.1 to 3, the light collecting device of the present embodiment includes a
상기 베이스(10)는, 지면에 고정되어, 집광장치를 구성하는 다른 부품들이 부착되며 이들을 지지하는 역할을 한다.The
상기 회전체(20)는, 태양광의 방위각의 변화에 따라 그 회전 각도가 제어될 수 있도록 상기 집광장치(100)의 수직중심축을 제1축선(31)으로 하고, 그 제1축선(31)을 회전중심선으로 하여 회전 가능하게 설치되어 있다.The
상기 제1회전수단은, 상기 제1축선(31)을 중심으로 상기 회전체(30)를 회전시키기 위한 것으로서, 종동기어(32), 구동기어(33), 제1모터(34)를 구비하고 있다.The first rotating means is for rotating the rotating body 30 about the
상기 종동기어(32)는, 고리 형상으로 되어 있으며, 그 내주면 둘레로 치형이 형성되어 있다. 종동기어(32)는 상기 회전체(20)의 하면에 동축적으로 결합되어 회전체(20)를 지지함과 동시에 종동기어(32)에 회전력이 전달되면 회전체(20)와 함께 제1축선(31)을 중심으로 회전된다. 또한, 종동기어(32)의 외측에는 지지링(35)이 설치되어 있는데, 상기 지지링(35)은 베이스(10)의 상면에 고정된 상태로 결합되어 있다. 상기 종동기어(32)와 지지링(35) 사이에는 볼(36)들이 개재되어 있어서, 종동기어(32)와 지지링(35) 상호 간에 상대적인 회전운동이 가능한 베어링 구 조로 되어 있으므로, 종동기어(32)에 회전력이 전달되면, 그와 동축적으로 결합되어 있는 회전체(20)는 회전하게 되고, 지지링(35)과 결합되어 있는 베이스(10)는 고정된 상태에 있게 된다.The driven
상기 구동기어(33)는, 종동기어(32)와 맞물려 기어연결되어 있다. 구동기어(33)의 회전중심선과 종동기어(32)의 회전중심선은 동축상에 배열되어 있지 않고, 구동기어의 외주면 둘레에 형성된 치형과 종동기어의 내주면 둘레에 형성된 치형이 맞물려 있어 구동기어(33)의 회전력이 종동기어(32)로 전달되게 된다.The
상기 제1모터(34)는, 스텝모터인 것이 바람직한데, 스텝모터란, 모터 축의 회전각도는 입력되는 디지털 펄스의 수에 비례하고, 모터 축의 회전속도는 1초 동안에 입력되는 디지털 펄스의 수와 비례하여, 입력되는 디지털 펄스의 수와 간격에 따라 구동제어가 가능한 모터를 말한다. 제1모터(34)의 축과 상기 구동기어(33)는 동축적으로 결합되어, 제1모터(34)의 회전력이 구동기어(33)를 거쳐 종동기어(32)에 전달되게 된다.Preferably, the
상기 반사경(40)은, 그 후면에 부착된 회전봉(42)과 연결되어 상기 회전체(20) 상의 지지대(21)에 설치된다. 태양광의 고도각의 변화에 따라 반사경의 기울어짐 각도가 제어되기 위하여 상기 회전봉(42)의 중심축을 제2축선(51)으로 하고, 제2축선(51)을 회전중심선으로 하여 상기 지지대(21)에 대해 회전 가능하게 반사경(40)이 설치되어 있다. 제2축선(51)과 상기 제1축선(31)은 교차하는데, 여기서 "교차한다"는 의미는, 두 축이 동일 평면상에 있는 경우에는 한 점에서만 만나게끔 배치되고, 서로 다른 평면상에 있는 경우에는 평행하지 않고, 엇갈린 위치에 있게끔 배치되는 것을 포함한다. 반사경(40)은 입사되는 태양광을 반사시켜 후술할 집광부(60)에 전달하는 역할을 한다.The
상기 제2회전수단은, 상기 제2축선(51)을 중심으로 반사경(40)을 회전시키기 위한 것으로서, 종동풀리(52), 구동풀리(53), 벨트(54), 제2모터(55)를 구비하고 있다.The second rotation means is for rotating the
상기 종동풀리(52)는, 상기 반사경(40)의 후면에 부착된 회전봉(42)과 동축적으로 결합하여 제2축선(51)상에 배치된다. 종동풀리(52)와 회전봉(42)은 일체(一體)로 회전될 수 있게 결합되어 있으므로, 종동풀리(52)를 회전시킴으로써 회전봉(42)과 결합된 반사경(40)의 기울어짐 각도가 조정될 수 있게 된다.The driven
상기 구동풀리(53)는, 종동풀리(52)에 회전력을 전달하는 역할을 하며, 후술할 제2모터(55)의 축과 동축상에서 결합되어 있다.The
상기 벨트(54)는, 상기 구동풀리(53)와 종동풀리(52)에 감아걸려 있으며, 벨트(54)와 각각의 풀리(52)(53)가 접촉하는 면에서 발생하는 마찰력에 의해서 구동풀리(53)의 회전력이 종동풀리(52)측에 전달되게 된다.The
상기 제2모터(55)는, 스텝모터인 것이 바람직한데, 그 구동원리는 상기 제1모터(34)에서 설명한 것과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 제2모터(55)는 브래킷(56)에 의해 지지대(21)에 결합되며, 제2모터(55)의 축의 회전력이, 제2모터(55)와 동축적으로 결합되어 있는 구동풀리(53)를 통해 벨트(54)를 매개로 하여 종동풀리(52)에 전달되게 된다.The
상기 집광부는, 반사경(40)으로부터 반사된 태양광을 집속시키기 위한 것으 로서, 회전체(20)에 설치되어 있다. 이 집광부로서는 프레넬렌즈(Fresnel Lens)(61)가 사용될 수 있으며, 집광장치 전체의 높이를 줄일 수 있도록 초점거리가 짧은(예컨대, 220mm 정도 되는) 프레넬렌즈(61)가 사용되는 것이 바람직하다. 잘 알려진 바와 같이, 프레넬렌즈(Fresnel Lens)란, 집광렌즈의 하나로서, 렌즈 자체의 두께를 줄이기 위하여 몇 개의 띠 모양으로 나누어 각 띠에 프리즘작용을 가지게 하여 수차를 작게 한 렌즈이다.The condensing part is for condensing sunlight reflected from the
상기 광초점렌즈(62)는, 상기 프레넬렌즈(61)에 의해 집속되는 태양광의 초점거리를 조정하기 위한 것으로서, 일반적으로 볼록렌즈를 사용한다. 집속된 태양광이 집광장치에 연결될 광파이프(미도시)에 손실없이 모두 입사되기 위해서는, 입사되는 태양광과 광파이프의 내측벽 사이에 이루는 각이 한계각도(예컨대, 본 실시예에서 사용하는 광파이프의 경우 27.6° 정도) 이내여야 한다. 초점거리가 짧은 프레넬렌즈(61)를 사용하여 태양광을 집속하는 경우에는, 짧은 거리 이내에서 태양광이 집속되는 효과를 얻을 수 있으나, 그만큼 초점에서 집속된 후 급속하게 발산되므로, 광파이프에 입사되는 위치에서는 상기 한계각도(예컨대, 27.6°)를 벗어나서 입사되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 집광부로 사용되는 프레넬렌즈(61)의 초점거리보다 긴 초점거리를 갖는 광초점렌즈(62)를 프레넬렌즈(61) 이후의 광경로에 설치하여 광파이프에 입사되는 태양광의 각도를 줄이게 되면, 광파이프에 입사되는 태양광의 손실을 최소화할 수 있다. 다만, 상기 한계각도(예컨대, 27.6°)는 광파이프의 종류에 따라 변경될 수 있다.The
상기 보조반사경(41)은, 상기 프레넬렌즈(61)와 광초점렌즈(62) 이후의 광경 로 상에 설치되고, 반사경(40)과 동일한 재질의 거울이 사용된다. 프레넬렌즈(61)와 광초점렌즈(62)에 의해 집속된 태양광의 손실을 최소화하면서 집광장치에 연결될 광파이프(미도시)로 태양광이 입사되도록 보조반사경(41)의 설치 위치를 조정하여 베이스(10)에 고정, 설치한다.The
한편, 본 실시예에 있어서는, 집광장치에서 집속된 태양광을 다른 시스템에 전달하는 광파이프(미도시)를 접속시키기 위해 광파이프연결부재(11)를 더 구비한다. 상기 광파이프연결부재(11)는, 베이스(10)의 측면에 설치되고, 프레넬렌즈(61)에 의해 집속되어 보조반사경에 의해 반사된 태양광이 광파이프연결부재(11)를 거쳐 광파이프(미도시)로 입사되도록 원통형 파이프 형상으로 되어 있다. 광파이프연결부재(11)는 상기와 같이 베이스(10)와 광파이프를 연결시키는 역할을 함과 동시에 아래에서 설명하는 바와 같은 태양광을 냉각시키는 역할도 수행한다. 집광장치에 연결될 광파이프에 입사되는 태양광의 온도는 140℃ 이내인 것이 바람직하다. 따라서, 프레넬렌즈(61)에 의해 집광된 태양광이 140℃를 넘는 고온인 경우, 상기 보조반사경(41)과 집광장치에 연결될 광파이프 사이에 광파이프연결부재(11)를 설치하여 태양광의 전달경로를 연장시킬 수 있으며, 태양광이 연장된 전달경로를 통과하는 동안 자연냉각에 의해 광파이프에 입사되기 적당한 온도로 냉각되는 효과를 얻을 수 있다. 광파이프연결부재(11)의 내측벽에는 입사되는 태양광의 손실을 최소화하기 위하여 PET 필름 위에 알루미늄이나 은 등을 증착시킨 전반사필름이나 알루미늄 박막으로 된 전반사필름을 부착할 수 있다.On the other hand, in the present embodiment, the light
상기 커버(70)는, 입사되는 태양광의 투과율을 향상시키기 위하여 투명한 아 크릴을 사용하며, 반사경(40)을 덮어 씌워 반사경(40)이 외부환경에 노출되지 않게 한다. 상기 커버(70)가 없이 반사경(40)이 외부환경에 노출되게 집광장치를 설치하는 경우, 바람이 부는 날씨에는 반사경(40)의 넓은 단면적으로 인해 바람에 의한 외력이 발생하게 된다. 상기의 바람에 의한 외력으로 인해 반사경(40)의 중량에 맞게 적절하게 선정된 제1모터(34)와 제2모터(55)의 정격용량을 벗어나는 과부하가 발생하게 되어 반사경(40)의 기울어짐 각도와 회전 각도를 제어할 수 없게 되는 경우가 발생할 수도 있는데, 커버(70)를 집광장치에 설치하게 되면, 상기와 같은 위험성을 배제하는 동시에, 제1모터(34)와 제2모터(55)의 사용수명 역시 연장할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The
본 실시예에서 집광장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 자외선차단막(71)과 습기방지막(72)이 커버(70)에 도포되어 있다.In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the light concentrating device is provided with a
상기 자외선차단막(71)은, 상기 커버(70)가 태양광에 의해 변색되는 것을 방지하기 위한 것으로, 커버(70) 외부면에 공지의 자외선차단액을 도포하여 막 형태로 형성된다. 설치 초기에는 투명한 아크릴을 사용하여 커버를 제작하더라도, 장시간 동안 태양광에 커버가 노출되는 경우 자외선으로 인하여 황색으로 변색되는 경우가 발생할 수 있다. 황색으로 변색된 커버는 변색된 농도만큼 태양광의 투과율을 저하시키므로, 전체적으로 집광장치의 효율을 저하시키는 결과를 초래하게 된다. 따라서, 커버(70) 상에 형성된 자외선차단막(71)에 의해 아크릴의 투명성은 유지될 수 있게 되고, 고효율의 집광장치를 꾸준하게 운용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The
상기 습기방지막(72)은, 커버(70) 내부면에 습기가 차는 것을 방지하기 위하여 공지의 습기방지액을 도포하여 막 형태로 형성된다. 커버(70) 내부와 외부의 온도차이에 의해 커버(70) 내부면에 형성되는 물방울에 의해 집광장치에 입사되는 태양광의 경로가 산란되기도 하고, 태양광의 굴절각 역시 물방울에 부딪혀 변화하게 된다. 따라서, 커버(70)의 내부면에 습기방지막(72)을 도포함으로써, 태양광의 입사량을 증가시켜 전체적으로 집광장치의 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The
이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 집광장치(100)가 태양광의 고도각과 방위각을 추적하면서 태양광을 집광하는 작동과정의 일례를 설명하기로 한다.Hereinafter, an example of an operation process for condensing sunlight while the light concentrating
상기 집광장치(100)가 설치될 장소의 위도와 경도에 따라, 태양광의 이동궤적을 연중(年中) 일자별, 일중(日中) 시간별로 미리 데이터화할 수 있다. 상기 일자별, 시간별의 태양광의 이동궤적 데이터를 제어부(미도시)에 저장하고, 제어부는 상기의 데이터에 대응하는 디지털 펄스 신호를 생성하여 태양광의 방위각과 고도각이 변화함에 따라 그에 맞는 디지털 펄스 신호를 상기 제1모터(34)와 제2모터(55)로 전송하게 되면, 태양광의 입사량을 최대로 할 수 있는 위치에 있게끔 반사경(40)의 기울어짐 각도 및 회전 각도가 제어될 수 있다.According to the latitude and longitude of the place where the light concentrating
우선, 태양광의 방위각의 변화를 추적할 수 있도록 미리 입력되어 있는 태양광의 이동궤적 데이터 중 방위각에 해당하는 데이터가 디지털 펄스 신호로 되어 제1모터(34)에 전송된다. 제1모터(34)에 부가된 펄스 신호 수에 비례하여 제1모터(34)의 축의 회전 각도가 결정되고, 제1모터(34)의 회전력은 구동기어(33)를 통 해 종동기어(32)에 전달되어, 종동기어(32)와 결합된 회전체(20) 및 회전체 상에 설치된 반사경(40)은 상기 제1축선(31)을 회전중심선으로 하여 회전된다. 따라서, 태양광의 방위각의 변화에 대응하여, 반사경(40)의 회전 각도의 제어가 가능하게 된다.First, the data corresponding to the azimuth of the previously inputted movement trajectory data of the sunlight are transmitted to the
또한, 태양광의 방위각에 해당하는 펄스 신호가 제1모터(34)에 전송되는 동시에 태양광의 고도각의 변화를 추적할 수 있도록 미리 입력되어 있는 태양광의 이동궤적 데이터 중 고도각에 해당하는 데이터가 디지털 펄스 신호로 되어 제2모터(55)에 전송된다. 제1모터(34)와 마찬가지로, 제2모터(55)에 부가된 펄스 신호 수에 비례하여 제2모터(55)의 축의 회전 각도가 결정되고, 제2모터(55)의 회전력은 구동풀리(53) 및 벨트(54)를 통해 종동풀리(52)에 전달되고, 종동풀리(52)와 결합된 회전봉(42) 및 반사경(40)은 상기 제2축선(51)을 회전중심선으로 하여 회전된다. 따라서, 태양광의 고도각의 변화에 대응하여, 반사경(40)의 기울어짐 각도의 제어가 가능하게 된다.In addition, the pulse signal corresponding to the azimuth angle of the sunlight is transmitted to the
상기와 같이 태양광의 방위각과 고도각에 따라, 태양광의 입사량을 최대로 할 수 있도록 반사경(40)의 회전 및 기울어짐 위치를 조정한 후, 상기 반사경(40)에 의해 반사된 태양광을 회전체(20)에 설치된 프레넬렌즈(61)를 사용하여 집속한다. 초점거리가 짧은 프레넬렌즈(61)를 사용하는 경우 집광장치에 설치될 광파이프에 입사되는 과정에서 발생할 수 있는 태양광의 손실을 줄이기 위하여 광초점렌즈(62)를 사용하여 태양광의 초점거리를 조정한다. 프레넬렌즈(61)와 광초점렌즈(62)에 의해 집속된 태양광은 집광장치에 접속될 광파이프에 입사되어 태양광이 쓰여지는 조명장치 등의 시스템에 전달되게 된다.As described above, after adjusting the rotation and inclination positions of the
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 집광장치(100)를 사용하게 되면, 태양광의 방위각과 고도각에 따라 반사경의 기울어짐 각도 및 회전 각도를 제어할 수 있게 되어, 타원궤도를 그리면서 변화하는 태양광의 이동궤적을 추적하면서 태양광의 입사량을 최대로 할 수 있다. 따라서, 태양광의 집광효율이 향상된 집광장치를 사용함으로써, 낮 시간 중에도 조명이 필요한 지하 주차장이나 터널 등에 활용하면 많은 양의 전기에너지를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.Using the light concentrating
또한, 태양광의 집광효율이 향상된 집광장치를 직접 건물의 실내조명원에 연결하여 사용하면, 전기에너지의 절감은 물론 쾌적한 사무환경을 제공하여 사무자의 생산성 증대 등의 부수적인 효과도 얻을 수 있다.In addition, by using a light collecting device having improved light condensing efficiency directly connected to the indoor lighting source of the building, it can not only reduce the electric energy but also provide a pleasant office environment, and can also have side effects such as increasing productivity of the office worker.
본 실시예에 있어서는, 구동기어(33)가 종동기어(32)에 내접하는 구성으로 되어 있으나, 구동기어가 종동기어에 외접하는 구성(종동기어의 외주면에 치형이 형성되고 구동기어가 그 치형에 맞물리는 구성)으로 될 수도 있다.In this embodiment, the
본 실시예에 있어서는, 비교적 초점거리가 짧은(예컨대 200mm 정도) 프레넬렌즈(61)가 사용되었는데, 집광장치의 전체 시스템의 크기에 따라 이와는 다른 초점거리를 갖는 프레넬렌즈의 사용이 가능하며, 프레넬렌즈와 동일하게 집광하는 기능을 갖는 볼록렌즈가 대신 사용되어도 무방하다.In the present embodiment, a
본 실시예와는 달리, 태양광이 광파이프의 한계입사각도 이내로 입사될 수 있도록 설계된, 초점거리가 긴 프레넬렌즈 또는 볼록렌즈를 사용하는 경우에는 상기의 광초점렌즈(62)를 사용하지 않고 집광장치를 구현할 수 있다. 다만, 광초점 렌즈(62)를 사용하지 않기 위해 초점거리가 긴 프레넬렌즈 또는 볼록렌즈를 사용하는 경우에는 그만큼의 초점거리를 확보하기 위해서 집광장치 전체 시스템의 크기가 증가하는 단점이 있다.Unlike the present embodiment, when using a long fossil lens or a convex lens having a long focal length, which is designed to allow sunlight to be incident within a limit angle of incidence of the light pipe, the
본 실시예에 있어서는, 커버(70)가 투명한 아크릴로 제작되었으나, 입사되는 태양광의 투과율을 저하시키지 않는 한, 어느 정도의 견고성이 유지될 수 있는 어떠한 투명한 재질로도 제작이 가능하다. 예컨대, 유리를 사용하여 커버를 제작할 수도 있다.In the present embodiment, the
이상 바람직한 실시예 및 변형례들에 대해 설명하였으나, 본 발명에 따른 집광장치는 상술한 예들에 한정되는 것은 아니며, 그 예들의 변형이나 조합에 의해, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 집광장치가 구체화될 수 있다.Although the preferred embodiments and modifications have been described above, the light concentrating device according to the present invention is not limited to the above-described examples, and various modifications and combinations thereof may be made within the scope not departing from the technical spirit of the present invention. A condenser of the type can be embodied.
본 발명의 집광장치는, 태양광의 입사량을 최대로 할 수 있는 위치로 반사경의 기울어짐 각도 및 회전 각도를 제어할 수 있어서 태양광의 집광효율이 향상된 집광장치를 사용함으로써, 전기나 화석에너지를 대체하는 무공해 천연에너지를 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 비용을 절감하는 효과가 있다.The light concentrating device of the present invention can control the tilt angle and rotation angle of the reflector to a position where the incident light can be maximized, thereby replacing electricity or fossil energy by using a light concentrating device having improved light condensing efficiency. Not only can it use pollution-free natural energy, but it also has the effect of reducing costs.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020060041073A KR100712726B1 (en) | 2006-05-08 | 2006-05-08 | Apparatus for collecting light |
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KR1020060041073A KR100712726B1 (en) | 2006-05-08 | 2006-05-08 | Apparatus for collecting light |
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KR1020060041073A KR100712726B1 (en) | 2006-05-08 | 2006-05-08 | Apparatus for collecting light |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2006
- 2006-05-08 KR KR1020060041073A patent/KR100712726B1/en not_active IP Right Cessation
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