KR100977298B1 - 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치 - Google Patents

태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 건축물의 지상 및 지하공간 등의 소정 위치에 설치하여, 채광된 태양광으로부터 적외선, 자외선, 가시광선을 구분하여 건축물내의 원하는 사용처로 공급함으로써, 건축 시설의 친환경 및 고급화를 실현하는 동시에 전력 소모를 최소화시킬 수 있도록 한 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 동심원 구조를 갖는 다수의 원형홈을 일정한 깊이로 가공시킨 집광렌즈가 가로 및 세로방향을 따라 등간격으로 배열된 구조로서, 건축물의 원하는 위치에 세워져 태양광을 집광하는 모듈화 집광 렌즈판과; 상기 모듈화 집광 렌즈판의 위쪽에 이격 배치되어, 모듈화 집광 렌즈판을 향하여 태양광을 분산시키는 태양광 분산 렌즈판과; 상기 모듈화 집광 렌즈판의 각 집광렌즈의 아래쪽에 이격 배치되어 태양광을 반사시키는 다수개의 반사렌즈와; 상기 모듈화 집광 렌즈판의 중심부에서 그 아래쪽에 이격 배치되어, 각 반사렌즈로부터 반사된 태양광을 다시 하나의 방향으로 수직 반사시키는 다면 반사대와; 상기 다면 반사대의 위쪽 또는 아래쪽에 배치되어, 다면 반사대로부터 반사된 태양광을 자외선과, 적외선과, 가시광선으로 각각 필터링하는 광 분리장치와; 상기 광 분리장치로부터 분기되는 적외선 광파이프를 통해 적외선을 공급받아, 외부공기를 정화시키는 공기정화장치; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치를 제공한다.

Description

태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치{Solar concentrating device for multipurpose landscape architecture structure}
본 발명은 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 건축물의 지상 및 지하공간 등의 소정 위치에 설치하여, 채광된 태양광으로부터 적외선, 자외선, 가시광선을 구분하여 건축물내의 원하는 사용처로 공급함으로써, 건축 시설의 친환경 및 고급화를 실현하는 동시에 전력 소모를 최소화시킬 수 있도록 한 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 도시 지역에는 각종 사무용 건물 및 아파트 등과 같은 높은 건물들이 많이 세워져 빌딩 숲을 이루고 있는 바, 이러한 빌딩 숲을 둘러싸인 도심 속에 별도의 녹지 공간을 만들기 위하여 건물의 옥상 및 주변 지상면 등에는 녹지화 조경공간이 시공되어 있고, 이 녹지화 조경의 요소로는 기본적으로 벤치를 비롯하여 산책로, 관목 등의 식생공간, 조명, 조각품 등이 시공되고 있다.
최근에는 아파트 및 복합 상가 등의 고급화 추세에 따라 대부분 건축물들이 단순한 생활주거공간이 아닌 문화 공간, 이웃간 소통을 위한 공간, 친환경을 우선시하는 공간으로 변모하고 있으며, 이에 각종 부대 및 편의시설(수영장, 쉼터, 연못, 파고라, 분수대 등)들이 하나의 건축물내에 시공되고 있다.
그럼에도 불구하고, 소비자들은 각종 건축물(특히, 아파트)내에 보다 안락하고, 보다 편리하며, 자연을 그대로 느낄 수 있는 친환경 공간을 더 원하는 추세에 있으며, 그에 따라 소비자들이 원하는 친화경 조경 구조물 등에 대한 연구가 지속되고 있다.
한편, 건축물의 지상면에는 각종 조경시설을 설치하는 공간을 확보하는 동시에 대기 오염을 방지하는 차원에서 대부분의 주차장이 건물의 지하공간에 시공됨에 따라, 건물의 지하 주차장 등에는 별도의 조명 시설 및 안전을 위한 CCTV 등을 설치해야 함에 따라, 전력 사용에 따른 관리 비용이 지속적으로 소요되는 단점이 있고, 또한 지하공간에 조명시설을 설치함에도 불구하고 외부에 비하여 어둡기 때문에 여전히 범죄의 사각지대로 여겨지고 있는 문제점이 있다.
또한, 건축물의 공기조화장치 즉, 보일러 및 공기정화장치 등에 대한 전력 및 에너지 소모가 상당하고, 특히 대기오염 및 황사 현상 등으로 인하여 대부분 창문을 닫고 생활함에 따라 실내 환기가 잘 되지 않아 호흡기 건강 등을 해치는 문제점이 있다.
이러한 점을 감안하여, 태양광을 채광하여 조명으로 이용하거나 실내 난방을 위한 용도로 사용하는 예들이 제안되고 있지만, 이들 종래의 태양광 채광장치들은 대부분 태양광의 직진성 및 그 반사특성을 반영하지 않음에 따라 태양광의 집광효율이 크게 떨어지는 문제점이 있고, 특히 적외선, 자외선, 가시광선을 제대로 구분하지 않음에 따라 채광 활용도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 각종 건축물의 소정 위치에 설치하여 태양광을 채광한 후, 채광된 태양광을 적외선, 자외선, 가시광선으로 구분하여 각 사용장소로 유도하되, 가시광선은 건축물의 내부 및 지하공간으로 유도하여 조명수단으로 활용하고, 적외선은 외부공기의 멸균 정화용으로 활용하는 동시에 실내정원 및 광보일러로 공급하는 용도로 활용하며, 자외선은 살균을 위한 용도로 활용하는 등 태양광을 이용하여 건축 시설의 친환경 및 고급화를 실현하는 동시에 전력 및 에너지 소모를 최소화시킬 수 있도록 한 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 동심원 구조를 갖는 다수의 원형홈을 일정한 깊이로 가공시킨 집광렌즈가 가로 및 세로방향을 따라 등간격으로 배열된 구조로서, 건축물의 원하는 위치에 세워져 태양광을 집광하는 모듈화 집광 렌즈판과; 상기 모듈화 집광 렌즈판의 위쪽에 이격 배치되어, 모듈화 집광 렌즈판을 향하여 태양광을 분산시키는 태양광 분산 렌즈판과; 상기 모듈화 집광 렌즈판의 각 집광렌즈의 아래쪽에 이격 배치되어 태양광을 반사시키는 다수개의 반사렌즈와; 상기 모듈화 집광 렌즈판의 중심부에서 그 아래쪽에 이격 배치되어, 각 반사렌즈로부터 반사된 태양광을 다시 하나의 방향으로 수직 반사시키는 다면 반사대와; 상기 다면 반사대의 위쪽 또는 아래쪽에 배치되어, 다면 반사대로부터 반사된 태양광을 자외선과, 적외선과, 가시광선으로 각각 필터링하는 광 분리장치와; 상기 광 분리장치로부터 분기되는 적외선 광파이프를 통해 적외선을 공급받아, 외부공기를 정화시키는 공기정화장치; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 태양광 분산 렌즈판은 다수의 사각형 단위렌즈가 가로 및 세로방향으로 등간격을 이루며 일체로 배열된 구조로서, 각 사각형 단위렌즈에는 대각선 방향의 제1오목홈이 형성되고, 이 제1오목홈에 의하여 나누어진 4개 삼각형 영역에는 제1오목홈간을 직선으로 연결하는 다수의 제2오목홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 다면 반사대는 둘레면을 통해 유입된 태양광을 상면쪽으로 수직 반사시키는 구조로서, 상하면은 평평한 육각 반사면을 이루되 상면에 비하여 하면의 면적이 보다 크게 형성되고, 둘레면은 각 반사렌즈로부터 반사된 태양광이 유입되는 사다리꼴 반사면으로 형성되며, 이 사다리꼴 반사면은 상면에서 하면을 향하여 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 다면 반사대의 둘레면에 형성된 사다리꼴 반사면은 오목한 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 반사렌즈와 다면 반사대 사이에는 반사렌즈로부터 반사된 태양광을 다면 반사대를 향하여 하나의 촛점으로 집광시키는 제1프레넬 렌즈가 더 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 광 분리장치는: 메인 광파이프와; 상기 메인 광파이프의 입구에 부착되어, 다면 반사대로부터 유입된 태양광을 집광시키는 투명판과; 상기 메인 광파이프의 내부에 부착되어 적외선 및 가시광선은 투과시키는 동시에 자외선은 차단시키는 자외선 차단 투명판과; 상기 메인 광파이프의 측부를 통해 분기 형성되어, 자외선 차단 투명판으로부터 반사된 자외선의 흐름 경로가 되는 자외선 전달파이프와; 상기 메인 광파이프의 출구에 장착되는 제2프레넬 렌즈와; 상기 자외선 전달파이프의 출구에 장착되는 제3프레넬 렌즈와; 상기 제2프레넬 렌즈로부터 이격된 위치에 배치되어, 제2프레넬 렌즈로부터 집광되어 온 적외선을 수용하는 적외선 전달파이프와; 상기 적외선 전달파이프의 입구 중심에서 소정의 사용처까지 연장 배열되어, 제2프레넬 렌즈로부터 집광되어 온 가시광선을 수용하는 가시광선 전달용 광섬유; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적외선 전달파이프의 출구에는 제4프레넬 렌즈가 부착되며, 이 제4프레넬 렌즈로부터 이격된 위치에는 적외선을 소정의 사용처로 전달하는 적외선 광파이프가 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 공기정화장치는: 지그재그 배열을 갖는 외부공기 유입용 파이프와; 상기 외부공기 유입용 파이프의 입구 구간에 등간격으로 설치되어, 외부공기 유입용 파이프내를 흐르는 공기중의 먼지를 제거하도록 물을 분사하는 와류형 물분사노즐과; 상기 외부공기 유입용 파이프의 중간 구간에 설치되어, 분사된 물을 수거하는 물 배출장치와; 상기 물배출장치를 지난 외부공기 유입용 파이프의 소정 위치에 형성되어 적외선 파이프와 연결되는 적외선 투입구와; 상기 외부공기 유입용 파이프의 출구에 연결되어, 적외선에 의하여 가열된 공기를 냉각시키는 일종의 열교환기인 공기냉각장치와; 상기 공기냉각장치의 출구에 연결되어, 공기를 다시 살균시키는 광살균장치와; 상기 광살균장치의 출구에서 건축물의 원하는 공간으로 연장되어, 최종 정화된 공기를 공급하는 실내공급관; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 물 배출장치는: 상기 외부공기 유입용 파이프의 중간 구간에 나란히 형성되는 물배출구 및 배수유도턱과; 상기 물배출구에 일측단 상면부위가 연통 가능하게 연결되고, 타측단부에는 배수유도턱과 수평선상을 이루는 배수구멍이 관통 형성되며, 타측단부 아래쪽에는 퇴적 이물질 배출구를 갖는 이물질 퇴적공간이 형성된 물수거통; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부공기 유입용 파이프의 전체 구간중 적외선 투입구를 시작으로 그 출구 구간까지의 내경면에는 적외선을 반사시켜 전달하기 위한 스테인레스 연마 파이프가 내장된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적외선 투입구의 반대쪽 위치에는 적외선에 의한 과열을 냉각시키기 위한 냉기 유입구가 더 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부공기 유입용 파이프의 구간중 상기 배수유도턱의 앞쪽 위치에는 물이 제거된 공기의 흐름을 가속시키기 위한 에어주입구가 더 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 광살균장치는: 일측단에는 공기냉각장치의 출구와 연결되는 입구가 형성되고, 타측단에는 실내공급관과 연결되는 출구가 형성된 소정 체적의 살균실과; 상기 살균실의 중간 부분에 2열로 나란히 배열되는 광촉매필터와; 상기 살균실의 전체 내표면에 걸쳐 부착되는 다수개의 자외선 램프와; 상기 살균실의 전체 내표면에 걸쳐 부착되어, 자외선 램프의 빛을 반사시켜 확산시키는 다수개의 프레넬 렌즈형 반사판;으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 건축물의 소정 위치에 태양광 채광장치를 설치하되, 적외선, 자외선, 가시광선 등으로 구분하여 각 사용처로 전달하는 채광장치를 설치함으로써, 태양광 채광 효율 및 사용을 위한 활용도를 극대화시킬 수 있다.
즉, 조명 및 빛을 필요로 하는 건축물의 지하공간 등에 가시광선만을 유입시켜, 지하공간에 대한 룩스 단위의 조도를 자연 채광으로 높일 수 있고, 적외선만을 공기조화장치 등으로 유도하여 차가운 외기를 가열하는 난방 용도로 활용할 수 있으며, 자외선만을 건축물의 공기조화장치 또는 반도체 공장건물의 살균 청정실 등으로 유도하여 살균을 위한 용도로 활용할 수 있다.
이렇게, 태양광을 적외선, 자외선, 가시광선 등으로 구분하여 각 사용처로 전달함으로써, 각 사용처의 조명, 보일러실, 공기조화장치에서 본래 소모되던 전력을 크게 절감시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 태양광 분산 렌즈판과, 모듈화 집광 렌즈판과, 반사렌즈와, 제1프레넬 렌즈와, 다면 반사대의 배열 구조에 대한 일 실시예를 나타낸 사시도 및 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 다면 반사대의 구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 광분리장치를 나타내는 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 공기정화장치를 나타내는 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 공기정화장치에 적용되는 물분사노즐에 대한 일례를 나타내는 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 집광을 위한 구성들과 그 집광 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 태양광 분산 렌즈판과, 모듈화 집광 렌즈판과, 반사렌즈와, 제1프레넬 렌즈와, 다면 반사대의 배열 구조에 대한 일 실시예를 나타낸 사시도 및 측단면도이고, 도 3은 다면 반사대의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명은 태양광을 적외선, 자외선, 가시광선 등으로 분리하여, 건축물의 원하는 장소로 전달하고, 적외선을 이용하여 외부 공기를 정화하여 실내로 공급하도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 건축물 또는 그 밖의 조경 시설물 등 태양광이 입사되는 소정 위치에 집광수단인 모듈화 집광 렌즈판(100)과, 태양광 분산 렌즈판(200)과, 다수개의 반사렌즈(106)와, 다면 반사대(300) 등이 별도의 지지구조물(미도시됨)을 이용하여 고정 설치된다.
상기 집광수단의 배열 구조를 보면, 가장 위쪽에 태양광 분산 렌즈판(200)이 배열되고, 그 아래쪽에 모듈화 집광 렌즈판(100)이 배열되며, 모듈화 집광 렌즈판(100)의 아래쪽에 반사렌즈(106)와 다면 반사대(300)가 소정의 배열로 배치된다.
상기 모듈화 집광 렌즈판(100)은 서로 다른 직경을 갖는 일정한 깊이의 원형홈(102)이 동심원 구조를 이루며 형성된 다수의 집광렌즈(104)로 구성되며, 이 집광렌즈(104)들이 가로 및 세로방향을 따라 등간격을 이루며 일체로 배열된 구조로 제작된다.
상기 태양광 분산 렌즈판(200)은 모듈화 집광 렌즈판(100)의 위쪽에 이격 배치되어, 모듈화 집광 렌즈판(100)을 향하여 태양광을 사방으로 분산시키는 역할을 하는 것으로서, 다수의 사각형 단위렌즈(202)가 가로 및 세로방향으로 등간격을 이루며 일체로 배열된 구조를 제작된다.
보다 상세하게는, 상기 태양광 분산 렌즈판(200)의 각 사각형 단위렌즈(202)에는 대각선 방향을 따라 제1오목홈(206)이 형성되는 바, 이 제1오목홈(206)은 위에서 보았을 때 "X" 형태를 이루면서 사각형 단위렌즈(202)를 4개 삼각형 영역으로 나누어주게 되며, 또한 4개의 삼각형 영역에는 제1오목홈(206)을 직선으로 연결하는 다수의 직선형 제2오목홈(208)이 형성된다.
따라서, 상기 태양광 분산 렌즈판(200)의 각 사각형 단위렌즈(202)로 태양광이 최초 입사되면, 각 사각형 단위렌즈(202)는 그 아래쪽에 배열되는 모듈화 집광 렌즈판(100)으로 태양광을 고르게 집광해주게 된다.
즉, 상기 사각형 단위렌즈(202)의 제1 및 제2오목홈(206,208)에 태양광이 입사되면, 태양광이 제1 및 제2오목홈(206,208)을 따라 사방으로 확산 및 분산되면서 그 아래쪽에 배열되는 모듈화 집광 렌즈판(100)의 각 집광렌즈(104)의 전체 표면에 걸쳐 태양광을 고르게 조사해주게 된다.
이에, 상기 모듈화 집광 렌즈판(100)으로 전달된 태양광이 각 집광렌즈(104)의 원형홈(102)을 통과하면서 그 아래쪽에 하나의 초점을 형성하게 된다.
이때, 상기 모듈화 집광 렌즈판(100)의 각 집광렌즈(104)의 아래쪽에는 반사렌즈(106)가 이격 배치되는데, 이 반사렌즈(106)는 하나의 초점으로 모아진 태양광을 하기의 다면 반사대(300)쪽으로 반사시키는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 반사렌즈(106)와 다면 반사대(300) 사이에는 제1프레넬 렌즈(108)를 배치시켜서, 반사렌즈(106)로부터 반사된 태양광을 다면 반사대(300)를 향하여 하나의 촛점으로 다시 집광시킬 수 있도록 한다.
상기 다면 반사대(300)는 모듈화 집광 렌즈판(100)의 중심부에서 그 아래쪽에 이격 배치되어, 각 반사렌즈(106)로부터 반사된 태양광을 다시 하나의 방향으로 수직 반사시키는 것으로서, 상하면은 평평한 육각 반사면(304)으로 형성되고, 둘레면은 사다리꼴 반사면(302)으로 형성된다.
보다 상세하게는, 상기 다면 반사대(300)는 그 둘레면에 형성된 사다리꼴 반사면(302)을 통해 유입된 태양광을 상면의 육각 반사면(304)을 향하여 수직 반사시키는 구조로서, 상하면은 평평한 육각 반사면(304)을 이루되 상면에 비하여 하면의 면적이 보다 크게 형성되고, 그 둘레면은 각 반사렌즈(106)로부터 반사된 태양광이 유입되는 사다리꼴 반사면(302)으로 형성된다.
이때, 상기 다면 반사대(300)의 사다리꼴 반사면(302)은 상면에서 하면을 향하여 하향 경사지게 형성되는 동시에 그 표면이 오목한 곡선 구조로 형성되어, 각 반사렌즈(106)를 거쳐 제1프레넬 렌즈(108)로부터 반사된 태양광을 집광하는 동시에 상면의 육각 반사면(304)을 향하여 수직 반사시키게 된다.
이렇게 상기 다면 반사대(300)를 통해 반사된 태양광은 광분리장치(400)로 들어가게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 광분리장치에 대한 구성 및 작동 흐름을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 광분리장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 따른 광분리장치(400)는 다면 반사대(300)로부터 유입된 태양광은 가시광선과, 적외선과, 자외선으로 분리시켜서, 필요로 하는 각 사용처로 전달하는 역할을 하는 것으로서, 다면 반사대(300)의 상면쪽 육각 반사면(304)의 바로 위쪽에 배열시켜서 별도의 지지프레임(미도시됨)을 이용하여 고정시키게 된다.
상기 광분리장치(400)의 일 구성중 다면 반사대(300)의 상면쪽 육각 반사면(304)의 바로 위쪽에 메인 광파이프(402)가 배열되는데, 이 메인 광파이프(402)의 입구에는 다면 반사대(300)로부터 유입된 태양광을 집광하며 투과시키는 투명판(404)이 장착된다.
또한, 상기 메인 광파이프(402)의 내부에서 그 중간부위에는 아치형의 자외선 차단 투명판(406)이 부착되는 바, 이 자외선 차단 투명판(406)은 투명판(404)을 통과한 태양광중 적외선 및 가시광선은 투과시키는 동시에 자외선은 차단시키는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 메인 광파이프(402)의 측부를 통해 자외선 전달파이프(408)가 분기 형성되어, 상기 자외선 차단 투명판(406)으로부터 반사된 자외선이 자외선 전달파이프(408)를 따라 흐르게 된다.
또한, 상기 자외선 전달파이프(408)의 출구에는 제3프레넬 렌즈(412)가 장착되고, 이 제3프레넬 렌즈(412)의 앞쪽에는 자외선을 사용하고자 하는 곳(건축물내의 살균실 등)까지 연장되는 광섬유 또는 광파이프가 배치된다.
따라서, 상기 다면 반사대(300)로부터 유입된 태양광중 자외선이 자외선 차단 투명판(406)에서 필터링되어 자외선 전달파이프(408) 및 제3프레넬 렌즈(412)를 통과한 후, 광섬유 또는 광파이프를 통해 건축물의 사용처(예를 들어, 식당의 살균실 및 소독기 등)로 공급되어 유용하게 사용할 수 있다.
한편, 상기 메인 광파이프(402)의 출구에는 제2프레넬 렌즈(410)가 부착되는데, 자외선 차단 투명판(406)을 통과한 가시광선 및 적외선이 제2프레넬 렌즈(410)를 통과하여 하나의 초점으로 집광되어지되, 가시광선과 적외선은 서로 그 파장이 달라 제2프레넬 렌즈(410)를 통과하면서 집광을 위한 서로 다른 초점을 형성하게 된다.
이때, 상기 제2프레넬 렌즈(410)로부터 이격된 위치에는 제2프레넬 렌즈(410)로부터 집광되어 온 적외선을 수용하는 적외선 전달파이프(414)가 배치되고, 동시에 적외선 전달파이프(414)의 입구 중심에서 소정의 사용처까지 연장 배열되어 제2프레넬 렌즈(410)로부터 집광되어 온 가시광선을 수용하는 가시광선 전달용 광섬유(416)가 내재된다.
따라서, 상기 자외선 차단 투명판(406)을 통과한 가시광선 및 적외선이 제2프레넬 렌즈(410)를 통과하면, 가시광선은 그 파장이 적외선보다 짧으므로 적외선전달파이프(414)내의 입구 중심부에 위치된 가시광선 전달용 광섬유(416)로 집광되고, 반면에 적외선은 그 파장이 가시광선보다 길기 때문에 가시광선 전달용 광섬유(416)를 지나서 적외선 전달파이프(414)의 내경부에 집광된다.
이에, 상기 제2프레넬 렌즈(410)를 통과한 가시광선은 가시광선 전달용 광섬유(416)를 따라 이동하여 소정의 사용처(지하공간의 주차장, 건축물의 자연조명을 원하는 어두운 곳 등)로 용이하게 공급되어진다.
또한, 상기 제2프레넬 렌즈(410)를 통과한 적외선은 적외선 전달파이프(414)의 출구에 부착된 제4프레넬 렌즈(418)를 통과한 후, 이 제4프레넬 렌즈(418)로부터 이격된 위치에 배치되는 적외선 광파이프(420)를 따라 소정의 사용처(공기정화장치, 보일러, 지하 및 실내 정원 등)로 전달된다.
여기서, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 공기정화장치에 대한 구성 및 작동 흐름을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 5는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치의 구성중 공기정화장치를 나타내는 개략도이고, 도 6은 본 발명의 공기정화장치에 적용되는 물분사노즐에 대한 일례를 나타내는 단면도이다.
건축물의 실내 환기를 위하여 창문 등을 열게 되면, 대기오염 및 황사 현상 등으로 인하여 오히려 오염된 외부 공기가 실내로 유입되어 실내에 먼지 등이 많이 쌓이고 호흡기 건강 등을 해칠 수 있다.
이러한 점을 감안하여, 본 발명의 공기정화장치(500)는 적외선 광파이프(420)를 통해 이동되어 오는 적외선을 이용하여 외부공기를 멸균 및 정화시켜 건축물의 실내공간으로 공급함으로써, 건축물의 밀폐된 공간까지도 깨끗한 공기로 환기시킬 수 있도록 한 점에 특징이 있다.
이를 위해, 건축물내의 소정 위치에 외부공기를 유입시킬 수 있는 외부공기 유입용 파이프(502)를 지그재그 또는 소정의 배열로 설치하는 바, 이 외부공기 유입용 파이프(502)의 입구 구간에는 일단 외부공기 유입용 파이프(502)내를 흐르는 외부 공기중의 먼지를 제거하도록 물을 분사하는 와류형 물분사 노즐(510)이 등간격으로 설치된다.
상기 와류형 물분사 노즐(510)은 물 분사력을 강하게 하면서도 분사되는 물을 회전시키는 수단으로서, 물공급수단(미도시됨)과 연결되는 원추형 몸체(512)와, 이 원추형 몸체(512)의 둘레를 따라 형성된 나선형 가이드홈(516)과, 나선형 가이드홈(516)내에 배열되는 물 분사구(514)로 구성된다.
이에, 원추형 몸체(314)의 물 분사구(514)를 통해 물이 분사되는 동시에 나선형 가이드홈(516)을 따라 물의 분사방향이 나선 방향으로 안내되어 와류를 형성하는 물 분사가 이루어짐으로써, 외부공기 유입용 파이프(502)로 유입된 외부공기의 오염물질(먼지, 분진 등)이 침전시키게 된다.
이때, 상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 중간 구간에는 분사된 물과 침전된 오염물질을 동시에 걸러주기 위한 물 배출장치(520)가 설치된다.
이를 위해, 상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 중간 구간에 물배출구(522) 와 배수유도턱(524)이 나란히 형성되어, 외부공기 유입용 파이프(502)내의 외부공기에 분사된 물이 배수유도턱(524)에 차단되어 더 이상 외부공기 유입용 파이프(502)의 출구쪽으로 진행되지 않게 해주고, 이와 동시에 배수유도턱(524) 이전 위치에 형성된 물배출구(522)를 통하여 물이 빠져나가게 된다.
한편, 상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 물배출구(522)에는 물과 이물질을 동시에 배출시키기 위한 물수거통(528)이 장착된다.
상기 물수거통(528)은 일측단 상면부위가 물배출구(522)와 연결되고, 타측단부위쪽에는 배수유도턱(524)와 수평선상을 이루는 배수구멍(526)이 관통 형성되며, 또한 타측단부 아래쪽에는 퇴적 이물질 배출구(556)를 갖는 오목한 공간의 이물질 퇴적공간(554)이 형성된 구조로 구비된다.
따라서, 상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 물배출구(522)를 통해 배출된 물이 물수거통(528)에 채워지는 동시에 오염물질은 이물질 퇴적공간(554)의 바닥에 침전되어지며, 침전된 이물질은 추후에 퇴적 이물질 배출구(556)를 열어서 외부로 배출시키게 된다.
이때, 상기 물수거통(528)의 배수구멍(526)은 상기 외부공기 유입용 파이프(502)내의 배수유도턱(524)과 수평선상을 이루기 때문에, 배수유도턱(524)의 높이대로 물이 차게 되면 동시에 배수구멍(526)를 통해 물 배출이 이루어지게 된다.
한편, 물과 이물질이 제거된 상태의 외부공기만이 외부공기 유입용 파이프(502)의 출구를 향하여 이동하게 되지만, 그 이동속도가 물 분사에 의하여 현저히 낮아진 상태이므로, 이를 감안하여 상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 구간중 배수유도턱(524)의 앞쪽 위치에 물이 제거된 공기의 흐름을 가속시키기 위한 에어주입구(544)가 더 형성된다.
이에, 에어공급수단(미도시됨)과 연결된 에어주입구(544)를 통해 깨끗한 상태의 에어가 분사됨으로써, 물과 이물질이 제거된 상태의 외부공기만이 외부공기 유입용 파이프(502)의 출구를 향하여 용이하게 이동하게 된다.
여기서, 상기 물과 이물질이 제거된 상태의 외부공기에 대한 멸균을 위하여 적외선을 이용하게 되는데, 이를 위해 외부공기 유입용 파이프(502)의 소정 위치에 적외선 광파이프(420)와 연결되는 적외선 투입구(504)가 형성되고, 이 적외선 투입구(504)를 시작으로 출구 구간까지의 외부공기 유입용 파이프(502)의 내경면에는 적외선을 반사시켜 전달하기 위한 스테인레스 연마 파이프(540)가 내장된다.
또한, 상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 적외선 투입구(504)의 반대쪽 위치에는 적외선에 의한 외부공기의 과열을 방지하기 위한 수단으로서, 외부공기를 냉각시키기 위한 별도의 냉기를 투입할 수 있는 냉기 유입구(542)가 더 형성된다.
따라서, 상기와 같이 필터링된 적외선이 적외선 광파이프(420)를 통해 적외선 투입구(504)로 유입되는 동시에 외부공기 유입용 파이프(502)의 스테인레스 연마 파이프(540)를 따라 흐르면서 그 내부의 외부공기를 가열하여 보이지 않는 세균 등을 멸균시키는 기능을 하게 된다.
이때, 상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 적외선 투입구(504)의 반대쪽 위치에는 적외선에 의한 외부공기의 과열을 방지하기 위한 수단으로서, 냉기공급수단(미도시됨)과 연결되는 냉기 유입구(542)가 더 형성되어, 과열되는 외부공기를 1차적으로 냉각시키게 된다.
이와 같이, 물과 이물질이 제거되고, 멸균까지 이루어진 외부공기는 외부공기 유입용 광파이프(502)의 출구를 빠져나가게 되는데, 이 출구는 두 갈래로 분기되어 하나는 적외선에 의하여 가열된 공기를 다시 한 번 냉각시키는 일종의 열교환기인 공기냉각장치(506)와 연결되고, 다른 하나에는 투명판(550)과 제6프레넬 렌즈(552)가 부착된다.
따라서, 물과 이물질이 제거되고, 멸균까지 이루어진 외부공기의 일부는 외부공기 유입용 광파이프(502)의 출구를 빠져나가서 공기냉각장치(506)로 들어가고, 나머지 일부는 투명판(550)과 제6프레넬 렌즈(552)를 통과한 후, 광섬유 또는 광파이프를 통해 다른 사용처(실내정원, 건조실, 보일러 등)로 보내어져 사용된다.
여기서, 상기 공기냉각장치(506)의 출구에는 공기를 다시 살균시켜서 실내로 최종 공급하는 광살균장치(530)가 설치된다.
상기 광살균장치(530)의 일 구성중 소정 체적의 살균실(532)이 구비되는 바, 이 살균실(532)의 일측단에는 공기냉각장치(506)의 출구와 연결되는 입구가 형성되고, 타측단에는 실내공급관(508)과 연결되는 출구가 형성된다.
특히, 상기 살균실(532)내의 중간 부분에는 광촉매필터(534)가 2열로 나란히 배열되고, 또한 상기 살균실(532)의 전체 내표면에 걸쳐 다수개의 자외선 램프(536) 및 다수개의 프레넬 렌즈형 반사판(538)을 부착하여, 각 자외선 램프(536)의 빛이 다수개의 프레넬 렌즈형 반사판(538)에 의하여 전체 살균실(532)에 고르게 확산 반사되도록 한다.
따라서, 상기 외부공기 유입용 광파이프(502)의 출구를 빠져나온 외부공기(적외선에 의하여 온도가 높은 상태)가 일종의 열교환기인 공기냉각장치(506)로 들어가서 2차 냉각이 이루어진 후, 살균실(532)의 입구를 통해 살균실의 내부로 유입되면, 다수개의 프레넬 렌즈형 반사판(538)에 의하여 전체 살균실(532)내에 고르게 확산 반사되는 자외선 램프(536)의 빛에 의하여 살균이 이루어지고, 최종적으로 살균실(532)의 출구에 연결된 실내공급관(508)을 통하여 건축물의 실내공간으로 공급되어진다.
이와 같이, 태양광을 자외선, 적외선, 가시광선 등으로 각각 필터링하여, 필요로 하는 각 원하는 사용처로 용이하게 전달함으로써, 각 사용처의 조명, 보일러실, 공기조화장치등에 본래 소모되던 전력을 크게 절감시킬 수 있고, 특히 오염된 외부공기를 깨끗한 상태로 정화시켜 항상 깨끗한 공기를 실내로 공급할 수 있다.
100 : 모듈화 집광 렌즈판 102 : 원형홈
104 : 집광렌즈 106 : 반사렌즈
108 : 제1프레넬 렌즈 200 : 태양광 분산 렌즈판
202 : 사각형 단위렌즈 206 : 제1오목홈
208 : 제2오목홈 300 : 다면 반사대
302 : 사다리꼴 반사면 304 : 육각 반사면
400 : 광 분리장치 402 : 메인 광파이프
404 : 투명판 406 : 자외선 차단 투명판
408 : 자외선 전달파이프 410 : 제2프레넬 렌즈
412 : 제3프레넬 렌즈 414 : 적외선 전달파이프
416 : 가시광선 전달용 광섬유 418 : 제4프레넬 렌즈
420 : 적외선 광파이프 500 : 공기정화장치
502 : 외부공기 유입용 파이프 504 : 적외선 투입구
506 : 공기냉각장치 508 : 실내공급관
510 : 와류형 물분사 노즐 512 : 원추형 몸체
514 : 분사구 516 : 나선형 가이드홈
520 : 물 배출장치 522 : 물배출구
524 : 배수유도턱 526 : 배수구멍
528 : 물수거통 530 : 광살균장치
532 : 살균실 534 : 광촉매필터
536 : 자외선 램프 538 : 프레넬 렌즈형 반사판
540 : 스테인레스 연마 파이프 542 : 냉기 유입구
544 : 에어주입구 550 : 투명판
552 : 제6프레넬 렌즈 554 : 이물질 퇴적공간
556 : 퇴적 이물질 배출구

Claims (13)

  1. 동심원 구조를 갖는 다수의 원형홈(102)을 일정한 깊이로 가공시킨 집광렌즈(104)가 가로 및 세로방향을 따라 등간격으로 배열된 구조로서, 건축물의 원하는 위치에 세워져 태양광을 집광하는 모듈화 집광 렌즈판(100)과; 상기 모듈화 집광 렌즈판(100)의 위쪽에 이격 배치되어, 모듈화 집광 렌즈판(100)을 향하여 태양광을 분산시키는 태양광 분산 렌즈판(200)과; 상기 모듈화 집광 렌즈판(100)의 각 집광렌즈(104)의 아래쪽에 이격 배치되어 태양광을 반사시키는 다수개의 반사렌즈(106)와; 상기 모듈화 집광 렌즈판(100)의 중심부에서 그 아래쪽에 이격 배치되어, 각 반사렌즈(106)로부터 반사된 태양광을 다시 하나의 방향으로 수직 반사시키는 다면 반사대(300)와; 상기 다면 반사대(300)의 위쪽 또는 아래쪽에 배치되어, 다면 반사대(300)로부터 반사된 태양광을 자외선과, 적외선과, 가시광선으로 각각 필터링하는 광 분리장치(400)와; 상기 광 분리장치(400)로부터 분기되는 적외선 광파이프(420)를 통해 적외선을 공급받아, 외부공기를 정화시키는 공기정화장치(500)를 포함하여 구성되며;
    상기 태양광 분산 렌즈판(200)은 다수의 사각형 단위렌즈(202)가 가로 및 세로방향으로 등간격을 이루며 일체로 배열된 구조로서, 각 사각형 단위렌즈(202)에는 대각선 방향의 제1오목홈(206)이 형성되고, 이 제1오목홈(206)에 의하여 나누어진 4개 삼각형 영역에는 제1오목홈(206)간을 직선으로 연결하는 다수의 제2오목홈(208)이 형성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다면 반사대(300)는 둘레면을 통해 유입된 태양광을 상면쪽으로 수직 반사시키는 구조로서, 상하면은 평평한 육각 반사면(304)을 이루되 상면에 비하여 하면의 면적이 보다 크게 형성되고, 둘레면은 각 반사렌즈(106)로부터 반사된 태양광이 유입되는 사다리꼴 반사면(302)으로 형성되며, 이 사다리꼴 반사면(302)은 상면에서 하면을 향하여 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 다면 반사대(300)의 둘레면에 형성된 사다리꼴 반사면(302)은 오목한 곡선 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 공기정화장치(500)는:
    지그재그 배열을 갖는 외부공기 유입용 파이프(502)와;
    상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 입구 구간에 등간격으로 설치되어, 외부공기 유입용 파이프(502)내를 흐르는 공기중의 먼지를 제거하도록 물을 분사하는 와류형 물분사 노즐(510)과;
    상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 중간 구간에 설치되어, 분사된 물을 수거하는 물 배출장치(520)와;
    상기 물배출장치(520)를 지난 외부공기 유입용 파이프(502)의 소정 위치에 형성되어 적외선 광파이프(420)와 연결되는 적외선 투입구(504)와;
    상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 출구에 연결되어, 적외선에 의하여 가열된 공기를 냉각시키는 일종의 열교환기인 공기냉각장치(506)와;
    상기 공기냉각장치(506)의 출구에 연결되어, 공기를 다시 살균시키는 광살균장치(530)와;
    상기 광살균장치(530)의 출구에서 건축물의 원하는 공간으로 연장되어, 최종 정화된 공기를 공급하는 실내공급관(508);
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 물 배출장치(520)는
    상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 중간 구간에 나란히 형성되는 물배출구(522) 및 배수유도턱(524)과;
    상기 물배출구(522)에 일측단 상면부위가 연통 가능하게 연결되고, 타측단부위쪽에는 배수유도턱(524)과 수평선상을 이루는 배수구멍(526)이 관통 형성되며, 타측단부 아래쪽에는 퇴적 이물질 배출구(554)를 갖는 이물질 퇴적공간(556)이 형성된 물수거통(528);
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 전체 구간중 적외선 투입구(504)를 시작으로 그 출구 구간까지의 내경면에는 적외선을 반사시켜 전달하기 위한 스테인레스 연마 파이프(540)가 내장된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 적외선 투입구(504)의 반대쪽 위치에는 적외선에 의한 과열을 냉각시키기 위한 냉기 유입구(542)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 외부공기 유입용 파이프(502)의 구간중 배수유도턱(524)의 앞쪽 위치에는 물이 제거된 공기의 흐름을 가속시키기 위한 에어주입구(544)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치.
  13. 청구항 8에 있어서, 상기 광살균장치(530)는:
    일측단에는 공기냉각장치(506)의 출구와 연결되는 입구가 형성되고, 타측단에는 실내공급관(508)과 연결되는 출구가 형성된 소정 체적의 살균실(532)과;
    상기 살균실(532)의 중간 부분에 2열로 나란히 배열되는 광촉매필터(534)와;
    상기 살균실(532)의 전체 내표면에 걸쳐 부착되는 다수개의 자외선 램프(536)와;
    상기 살균실(532)의 전체 내표면에 걸쳐 부착되어, 자외선 램프(536)의 빛을 반사시켜 확산시키는 다수개의 프레넬 렌즈형 반사판(538);
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치.
KR1020100004362A 2010-01-18 2010-01-18 태양광을 이용한 친환경의 다목적 채광 및 공조장치 KR100977298B1 (ko)

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