KR100807346B1 - 조명 및 급기 시스템 - Google Patents

Abstract

태양광을 이용하여 실내 공간을 조명하고, 실내 공간으로 급기할 수 있도록, 본 발명은 태양광을 집광하여 건물의 실내 공간을 조명하고, 상기 실내 공간의 급기를 위한 조명 및 급기 시스템에 있어서, 상기 건물의 외부에 배치되며, 베이스와, 제1축선을 회전중심선으로 하여 상기 베이스에 대해 회전 가능하게 설치된 회전체와, 상기 회전체를 상기 제1축선을 중심으로 회전시키기 위한 제1회전수단과, 상기 제1축선과 교차하는 제2축선을 회전중심선으로 하여 상기 회전체에 대해 회전 가능하게 설치되며, 입사되는 태양광을 반사시키는 반사경과, 상기 반사경을 상기 제2축선을 중심으로 회전시키기 위한 제2회전수단과, 상기 반사경으로부터 반사된 태양광을 집속하는 집광부를 포함하는 집광장치; 상기 집광장치로부터 집광된 태양광이 상기 실내 공간으로 유도되어 상기 실내 공간을 조명하고, 외부로부터 유입된 공기가 이송되어 상기 실내 공간으로 취출되도록, 상기 건물의 외부로부터 상기 실내공간에 걸쳐 연장되어 배치되어 있는 광유도관; 상기 실내 공간에 대응하는 상기 광유도관 부분의 내부에 배치되고, 상기 광유도관으로부터 전달된 태양광을 상기 실내 공간으로 조명하는 발광부재; 및 상기 실내 공간에 대응하는 상기 광유도관 부분에 형성되고, 상기 광유도관으로 유입된 급기를 상기 실내 공간에 취출하는 급기 취출구;를 구비하는 조명 및 급기 시스템을 제공한다.

Description

조명 및 급기 시스템{System for illuminating and supplying air}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 및 급기 시스템이 건물에 설치된 상태를 나타내는 개략적인 배치도이다.

도 2는 도 1에 도시된 집광장치의 단면도로서, 집광장치의 커버의 정면부를 절단해 내고 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다.

도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도이다.

도 5는 도 2에 도시된 "A"부분의 확대도이다.

도 6은 도 1의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 취한 단면도이다.

도 7은 도 6에 도시된 발광부재의 변형예로서, 도 6에 대응하는 단면도이다.

도 8은 도 1의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 취한 단면도이다.

도 9는 도 1에 도시된 조명 및 급기 시스템의 작동 상태를 나타낸다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

10: 베이스 20: 회전체

31: 제1축선 32: 종동기어

33: 구동기어 34: 제1모터

40: 반사경 41: 보조반사경

51: 제2축선 52: 종동풀리

53: 구동풀리 55: 제2모터

61: 프레넬렌즈 62 : 광초점렌즈

100: 집광장치 120: 송풍기

130: 광유도관 131: 제1부분

132: 제2부분 133: 발광부재

135: 광반사 필름 141: 제1취출구

142: 제2취출구 210: 건물

211: 욕실 공간 212: 주방 공간

300: 조명 및 급기 시스템

본 발명은 조명 및 급기 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내 공간을 환기하기 위하여 급기를 할 뿐만 아니라, 집광된 태양광을 유도하여 실내를 조명할 수 있는 조명 및 급기 시스템에 관한 것이다.

최근 아파트 등의 공동주택을 중심으로 하여 새집증후군이라고 불리는 환경문제가 크게 이슈화되고 있다. 새집증후군은 실내공간에 환기가 원활하게 되지 않을 때 더욱 심화되는데, 이를 해결하기 위해서 별도의 외기 급기장치를 실내에 설치하기도 한다. 새집증후군에 의한 문제를 배체하더라도, 욕실과 주방에서는 불쾌 한 냄새가 자주 발생되기 때문에, 외부의 신선한 공기가 원활하게 공급되어야 하기 때문에, 외기 급기장치가 요구된다.

또한, 건물의 북쪽 실내 공간이나 사방이 막힌 공간, 예들 들면 욕실에서는 채광이 어렵기 때문에, 전구와 같은 간접 조명에만 의존해야 하는 문제점이 있다. 이러한 간접 조명을 이용할 경우 비용이 발생하는 문제점이 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 건물 내의 많은 실내 공간에서 급기와 조명이 요구된다. 그런데, 종래에는 이러한 급기 및 조명 문제를 각각 별도의 장치를 이용하여 해결하는 것이 일반적이다. 따라서, 급기장치 및 조명장치를 위한 설치 공간이 증가될 뿐만 아니라, 비용이 크게 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명은 실내 공간을 환기하기 위하여 급기를 할 뿐만 아니라, 집광된 태양광을 유도하여 실내를 조명할 수 있는 조명 및 급기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 태양광을 집광하여 건물의 실내 공간을 조명하고, 상기 실내 공간의 급기를 위한 조명 및 급기 시스템에 있어서, 상기 건물의 외부에 배치되며, 베이스와, 제1축선을 회전중심선으로 하여 상기 베이스에 대해 회전 가능하게 설치된 회전체와, 상기 회전체를 상기 제1축선을 중심으로 회전시키기 위한 제1회전수단과, 상기 제1축선과 교차하는 제2축선을 회전중심선으로 하여 상기 회전체에 대해 회전 가능하게 설치되며, 입사되는 태양광을 반사시키는 반사경과, 상기 반사경을 상기 제2축선을 중심으로 회전시키기 위한 제2회전수단과, 상기 반사경으로부터 반사된 태양광을 집속하는 집광부를 포함하는 집광장치; 상기 집광장치로부터 집광된 태양광이 상기 실내 공간으로 유도되어 상기 실내 공간을 조명하고, 외부로부터 유입된 공기가 이송되어 상기 실내 공간으로 취출되도록, 상기 건물의 외부로부터 상기 실내공간에 걸쳐 연장되어 배치되어 있는 광유도관; 상기 실내 공간에 대응하는 상기 광유도관 부분의 내부에 배치되고, 상기 광유도관으로부터 전달된 태양광을 상기 실내 공간으로 조명하는 발광부재; 및 상기 실내 공간에 대응하는 상기 광유도관 부분에 형성되고, 상기 광유도관으로 유입된 급기를 상기 실내 공간에 취출하는 급기 취출구;를 구비하는 조명 및 급기 시스템을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 발광부재는 광학반사 필름(OLF)이고, 상기 발광부재에 대응되는 상기 광유도관 부분은 투명한 소재로 형성될 수 있다.

상기 태양광 조명 시스템은, 상기 발광부재에 대응되지 않은 상기 광유도관 부분의 내부에 배치되는 광반사 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 광유도관은 상기 건물의 욕실 공간 및 주방 공간의 조명을 위하여, 상기 욕실 공간 및 주방 공간에 대응되도록 배치될 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1회전수단은, 상기 회전체와 동축적으로 배치되어 그 회전체에 고정된 종동기어와, 상기 종동기어에 기어연결된 구동기어와, 상기 구동기어를 회전시키는 제1모터를 포함하고, 상기 제2회전수단은, 상기 반사경에 결합되며, 상기 제2축선상에 배치된 종동풀리와, 상기 종동풀리에 회전력을 전달하는 구동풀리와, 상기 구동풀리와 종동풀리에 감아걸린 벨트와, 상기 구동풀 리를 회전시키는 제2모터를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 집광장치는, 상기 집광부에 의해 집속되는 태양광의 초점거리를 조정하기 위한 광초점렌즈와, 상기 집광부에 의해 집속되는 태양광을 상기 광유도관 내의 원하는 위치로 반사시키기 위한 보조반사경과, 상기 반사경을 덮어씌우는 투명한 재질의 커버와, 상기 커버 상에 형성되는 자외선차단막 및 습기방지막을 더 포함할 수 있다.

이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 및 급기 시스템(300)의 개략적인 배치도가 도시되어 있다. 조명 및 급기 시스템(300)은 집광장치(100), 광유도관(130), 발광부재(133)들, 광반사필름(135)들, 제1,2취출구들(141, 142) 및 송풍기(120)를 포함한다.

집광장치(100)는 건물(210)의 외부에 배치되어, 태양광을 집광하는 기능을 수행한다. 도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 집광장치(100)의 상세한 구조를 나타낸다. 도 2는 커버(70)의 정면부를 절단해 내고 나타낸 집광장치(100)의 단면도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도이며, 도 5는 도 2에 도시된 "A"부분의 확대도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 집광장치(100)는, 베이스(10), 회전체(20), 제1회전수단, 반사경(40), 제2회전수단, 집광부(60), 광초점렌즈(62), 보조반사경(41), 커버(70)를 포함한다. 베이스(10)는 건물(210)의 외측에 고정되어, 집광 장치(100)를 지지하는 기능을 한다. 회전체(20)는, 태양광의 방위각의 변화에 따라 그 회전 각도가 제어될 수 있도록, 집광장치(100)의 수직중심축을 제1축선(31)으로 하고, 그 제1축선(31)을 회전중심선으로 하여 회전 가능하게 설치되어 있다.

제1회전수단은, 제1축선(31)을 중심으로 회전체(30)를 회전시키기 위한 것으로서, 종동기어(32), 구동기어(33), 제1모터(34)를 구비하고 있다. 종동기어(32)는, 고리 형상으로 되어 있으며, 그 내주면 둘레로 치형이 형성되어 있다. 종동기어(32)는 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, 지지링(35)은 베이스(10)의 상면에 고정된 상태로 결합되어 있다. 종동기어(32)와 지지링(35) 사이에는 볼(36)들이 개재되어 있어서, 종동기어(32)와 지지링(35) 상호 간에 상대적인 회전운동이 가능한 베어링 구조로 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. 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. 제1모터(34)는, 스텝모터일 수 있는데, 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. 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 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.

제2회전수단은, 상기 제2축선(51)을 중심으로 반사경(40)을 회전시키기 위한 것으로서, 종동풀리(52), 구동풀리(53), 벨트(54), 제2모터(55)를 구비하고 있다. 종동풀리(52)는, 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. 구동풀리(53)는, 종동풀리(52)에 회전력을 전달하는 역할을 하며, 후술할 제2모터(55)의 축과 동축상에서 결합되어 있다. 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 구동 풀리(53)의 회전력이 종동풀리(52)측에 전달되게 된다. 제2모터(55)는, 스텝모터인 것이 바람직한데, 그 구동원리는 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.

집광부(60)는, 반사경(40)으로부터 반사된 태양광을 집속시키기 위한 것으로서, 회전체(20)에 설치되어 있다. 집광부(60)로서는 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. 프레넬렌즈는 집광렌즈의 하나로서, 렌즈 자체의 두께를 줄이기 위하여 몇 개의 띠 모양으로 나누어 각 띠에 프리즘작용을 가지게 하여 수차를 작게 한 렌즈이다.

광초점렌즈(62)는, 프레넬렌즈(61)에 의해 집속되는 태양광의 초점거리를 조정하기 위한 것으로서, 볼록렌즈가 이용될 수 있다. 집속된 태양광이 집광장치에 연결될 광파이프(미도시)에 손실없이 모두 입사되기 위해서는, 입사되는 태양광과 광파이프의 내측벽 사이에 이루는 각이 한계각도(예컨대, 만일 광유도관(130)의 내측면에 광학반사 필름(OLF)이 배치될 때, 한계 각도는 약 27.6°) 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 한계각도(예컨대, 27.6°)를 벗어나서 입사되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 집광부로 사용되는 프 레넬렌즈(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, 한계각도(예컨대, 27.6°)는 광학반사 필름 등의 종류에 따라 변경될 수 있다.

보조반사경(41)은, 프레넬렌즈(61)와 광초점렌즈(62) 이후의 광경로 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.

집광장치(100)에서 집속된 태양광을 광유도관(130)에 접속시키기 위해 연결부재(11)를 더 포함할 수 있다. 연결부재(11)는, 베이스(10)의 측면에 설치되고, 프레넬렌즈(61)에 의해 집속되어 보조반사경에 의해 반사된 태양광이 연결부재(11)를 거쳐 광유도관(130)으로 입사되도록 원통형 파이프 형상으로 되어 있다. 연결부재(11)는 베이스(10)와 광유도관(130)을 연결시키는 역할을 함과 동시에 아래에서 설명하는 바와 같은 태양광을 냉각시키는 역할도 수행할 수 있다. 집광장치(100)에 연결될 광유도관(130)에 입사되는 태양광의 온도는 140℃ 이내인 것이 바람직하다. 따라서, 프레넬렌즈(61)에 의해 집광된 태양광이 140℃를 넘는 고온인 경우, 보조반사경(41)과 집광장치(100)에 연결될 광유도관(130) 사이에 연결부재(11)를 설치하여 태양광의 전달경로를 연장시킬 수 있으며, 태양광이 연장된 전달경로를 통과하는 동안 자연냉각에 의해 광유도관(130)에 입사되기 적당한 온도로 냉각되는 효과를 얻을 수 있다. 연결부재(11)의 내측벽에는 입사되는 태양광의 손실을 최소화하기 위하여 PET 필름 위에 알루미늄이나 은 등을 증착시킨 전반사필름이나 알루미늄 박막으로 된 전반사필름을 부착할 수 있다.

커버(70)는, 입사되는 태양광의 투과율을 향상시키기 위하여 투명한 아크릴을 사용하며, 반사경(40)을 덮어 씌워 반사경(40)이 외부환경에 노출되지 않게 한다. 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.

집광장치(100)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 자외선차단막(71)과 습기방지막(72)이 커버(70) 상에 도포되어 있다. 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 집광장치(100)의 효 율을 저하시키는 결과를 초래하게 된다. 따라서, 커버(70) 상에 형성된 자외선차단막(71)에 의해 아크릴의 투명성은 유지될 수 있게 되고, 고효율의 집광장치(100)를 꾸준하게 운용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 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 집광장치(100)의 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

전술한 집광장치(100)가 태양광의 고도각과 방위각을 추적하면서 태양광을 집광하는 작동과정의 일례를 설명하기로 한다. 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 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. 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 통해 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.

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.

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.

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. 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. 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. 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. 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, 광초점렌즈(62)를 사용하지 않기 위해 초점거리가 긴 프레넬렌즈 또는 볼록렌즈를 사용하는 경우에는 그만큼의 초점거리를 확보하기 위해서 집광장치 전체 시스템의 크기 가 증가하는 단점이 있다. 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.

도 1, 도 6 및 도 8을 참조하면, 광유도관(130), 발광부재(133)들 및 광반사부재(135)들이 도시되어 있다. 도 6은 도 1의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 취한 단면도이고, 도 8은 도 1의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 취한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 광유도관(130)은 연결부재(11)로부터 연장되어 욕실 공간(211)을 가로질러 주방 공간(212)까지 연장되어 배치되어 있다. 욕실 공간(211) 및 주방 공간(212)은 각각 사방이 막힌 구조를 가지며, 불쾌한 냄새가 자주 발생하는 곳인 바, 본 실시예의 조명 및 급기 장치(300)의 설치가 매우 필요한 곳이다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 급기 및 조명 장치가 건물 실내의 다양한 공간의 급기 및 조명을 하도록 배치될 수 있다.

광유도관(130)에서 집광장치(100)에 인접한 부분에는 외부에서 신선한 공기를 유입하기 위한 송풍기(120)가 장착되어 있다. 송풍기(120)는 외기를 유입하여, 광유도관(130)으로 유입된 공기를 송풍하는 기능을 수행한다. 최근 기밀성이 우수한 창호가 개발되어 건물의 실내로 신선한 외부 공기가 원활하게 유입되기 어렵다. 특히, 고층 건물의 경우, 건물의 기밀성이 매우 우수한 바, 본 실시예와 같이, 외부로부터 공기를 강제적으로 유입하기 위한 송풍기가 요구된다.

광유도관(130)은 실내공간의 천장(213)에 걸치는 높이로 설치되어 있다. 즉, 광유도관(130)의 하부는 실내공간에 노출되며, 상부 천장 내부로 노출된다. 광유도관(130)은 실질적으로 조명이 필요한 제1부분(131)과 조명이 불필요한 제2부분(132)으로 구획될 수 있다. 제1부분(131)은 욕실 공간(211) 및 주방 공간(212)에 대응된다. 제2부분(132)은 제1부분(131) 이외의 부분으로서, 실내벽(214)에 매설된 부분을 포함한다. 또한, 제1부분(131)은 태양광이 투사되기 때문에 투명한 소재로 형성된다. 제2부분(132)도 투명한 소재로 형성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 광유도관(130)은 횡단면이 원형을 가지도록 형성되어 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 광유도관(130)이 사각형의 횡단면을 가지거나, 타원형의 횡단면 등의 다양한 형상의 횡단면을 가질 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1부분(131)의 내측면을 둘러싸도록 발광부재(133)가 배치되어 있다. 발광부재(133)는 전달된 태양광을 실내 공간에 조명하는 부재로서, 다양한 소재가 이용될 수 있다. 본 실시예에서는, 발광부재(133)로서 광학반사 필름(OLF)이 배치되어 있다. 광학반사 필름은, 태양광의 입사각이 한계 각도인 약 27.6°이내이면, 전반사 특성을 가진다. 전반사율은 대략 98%이다. 따라서, 본 실시예에서는, 광학반사 필름의 표면에 엠보를 주어 입사각을 변화시켜서, 실내 공간들(211, 212)에 태양광을 조명하게 된다. 다만, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1부분(131)의 내측면의 하부에는 발광부재(133')가 배치되고, 상부에는 전반사필름과 같은 광반사부재(134)가 배치될 수 있다. 이 경우, 불필요하게 천장공간으로 투사되는 태양광을 반사함으로써 불필요한 손실을 줄이고, 실내 공간들(211, 212) 의 조명 효율을 증가시키는 장점을 가진다.

도 8을 참조하면, 제2부분(132)의 내측면을 둘러싸도록 광반사부재(135)가 배치되어 있다. 광반사부재(135)는 전달된 태양광을 손실없이 전달하는 기능을 수행한다. 광반사부재(135)는 전반사 필름이 이용될 수 있다. 또한, 광반사부재(135)는 태양광의 입사각이 한계 각도 이내일 경우, 광학반사 필름(OLF)이 이용될 수 있다.

광유도관(130)에는 송풍기(120)로부터 유입된 공기가 실내공간 내로 취출되기 위한 복수 개의 취출구들(141, 142)이 형성되어 있다. 도 1을 참조하면, 욕실 공간(211)에 대응되는 제1취출구(141)와, 주방 공간(212)에 대응되는 제2취출구(142)가 형성되어 있다.

도 9는 도 1에 도시된 조명 및 급기 시스템(300)의 작동을 나타낸다. 도 9에서 실선은 태양광의 흐름을 개략적으로 나타내며, 점선은 급기의 흐름을 개략적으로 나타낸다. 먼저, 집광장치(100)에서 집광된 태양광(160)은 광유도관(130)을 지나면서 발광부재(133)를 거쳐 욕실 공간(211) 및 주방 공간(212)을 조명한다. 따라서, 태양이 비추는 낮 동안에는 별도의 조명 장치없이 태양광(160)을 직접 실내 공간들(211, 212)으로 조명할 수 있는 장점을 가진다. 또한, 송풍기(120)로부터 유입된 급기는, 광유도관(130)을 거쳐 제1취출구(141) 및 제2취출구(142)로 취출된다.

본 발명에 따른 조명 및 급기 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다. 집광장 치를 이용하여 양질의 태양광을 실내 공간까지 보낼 수 있기 때문에, 실내 공간의 에너지의 이용 효율이 도모된다. 또한, 태양광으로 실내 공간을 조명할 뿐만 아니라, 실내 공간으로 외부 공기를 급기할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 태양광을 집광하여 건물의 실내 공간을 조명하고, 상기 실내 공간의 급기를 위한 조명 및 급기 시스템에 있어서,

   상기 건물의 외부에 배치되며, 베이스와, 제1축선을 회전중심선으로 하여 상기 베이스에 대해 회전 가능하게 설치된 회전체와, 상기 회전체를 상기 제1축선을 중심으로 회전시키기 위한 제1회전수단과, 상기 제1축선과 교차하는 제2축선을 회전중심선으로 하여 상기 회전체에 대해 회전 가능하게 설치되며, 입사되는 태양광을 반사시키는 반사경과, 상기 반사경을 상기 제2축선을 중심으로 회전시키기 위한 제2회전수단과, 상기 반사경으로부터 반사된 태양광을 집속하는 집광부를 포함하여 상기 태양광을 집광하는 집광장치;

   상기 집광장치로부터 집광된 태양광이 상기 실내 공간으로 유도되어 상기 실내 공간을 조명하고, 외부로부터 유입된 공기가 이송되어 상기 실내 공간으로 취출되도록, 상기 건물의 외부로부터 상기 실내공간에 걸쳐 연장되어 배치되어 있는 광유도관;

   상기 실내 공간에 대응하는 상기 광유도관 부분의 내부에 배치되고, 상기 광유도관으로부터 전달된 태양광을 상기 실내 공간으로 조명하는 발광부재; 및

   상기 실내 공간에 대응하는 상기 광유도관 부분에 형성되고, 상기 광유도관으로 유입된 급기를 상기 실내 공간에 취출하는 취출구를 구비하며,

   상기 발광부재는 광학반사 필름(OLF)이고,

   상기 발광부재에 대응되는 상기 광유도관 부분은 투명한 소재로 형성되는 조명 및 급기 시스템.
3. 태양광을 집광하여 건물의 실내 공간을 조명하고, 상기 실내 공간의 급기를 위한 조명 및 급기 시스템에 있어서,

   상기 건물의 외부에 배치되며, 베이스와, 제1축선을 회전중심선으로 하여 상기 베이스에 대해 회전 가능하게 설치된 회전체와, 상기 회전체를 상기 제1축선을 중심으로 회전시키기 위한 제1회전수단과, 상기 제1축선과 교차하는 제2축선을 회전중심선으로 하여 상기 회전체에 대해 회전 가능하게 설치되며, 입사되는 태양광을 반사시키는 반사경과, 상기 반사경을 상기 제2축선을 중심으로 회전시키기 위한 제2회전수단과, 상기 반사경으로부터 반사된 태양광을 집속하는 집광부를 포함하여 상기 태양광을 집광하는 집광장치;

   상기 집광장치로부터 집광된 태양광이 상기 실내 공간으로 유도되어 상기 실내 공간을 조명하고, 외부로부터 유입된 공기가 이송되어 상기 실내 공간으로 취출되도록, 상기 건물의 외부로부터 상기 실내공간에 걸쳐 연장되어 배치되어 있는 광유도관;

   상기 실내 공간에 대응하는 상기 광유도관 부분의 내부에 배치되고, 상기 광유도관으로부터 전달된 태양광을 상기 실내 공간으로 조명하는 발광부재; 및

   상기 실내 공간에 대응하는 상기 광유도관 부분에 형성되고, 상기 광유도관으로 유입된 급기를 상기 실내 공간에 취출하는 취출구를 구비하고,

   상기 발광부재에 대응되지 않은 상기 광유도관 부분의 내부에 배치되는 광반사 부재를 더 포함하는 조명 및 급기 시스템.
4. 삭제
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 제1회전수단은,

   상기 회전체와 동축적으로 배치되어 그 회전체에 고정된 종동기어;

   상기 종동기어에 기어연결된 구동기어; 및

   상기 구동기어를 회전시키는 제1모터를 포함하고,

   상기 제2회전수단은,

   상기 반사경에 결합되며, 상기 제2축선상에 배치된 종동풀리;

   상기 종동풀리에 회전력을 전달하는 구동풀리;

   상기 구동풀리와 종동풀리에 감아걸린 벨트; 및

   상기 구동풀리를 회전시키는 제2모터를 포함하는 조명 및 급기 시스템.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 집광장치는,

   상기 집광부에 의해 집속되는 태양광의 초점거리를 조정하기 위한 광초점렌즈와,

   상기 집광부에 의해 집속되는 태양광을 상기 광유도관 내의 원하는 위치로 반사시키기 위한 보조반사경과,

   상기 반사경을 덮어씌우는 투명한 재질의 커버와,

   상기 커버 상에 형성되는 자외선차단막 및 습기방지막을 더 포함하는 조명 및 급기 시스템.

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