KR101090156B1 - 판상 구조의 추적형 채광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 판상 구조의 추적형 채광 장치에 관한 것으로서, 특히 전면 주 프레임과, 상기 전면 주 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 전면 보조 프레임으로 이루어지는 전면 고정 판과, 후면 주 프레임과, 상기 후면 주 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 후면 보조 프레임으로 이루어지는 후면 운동 판과, 일단에는 집속 렌즈가 구비되어 상기 전면 보조 프레임에 회동 가능하게 결합되며, 타단에는 상기 집속 렌즈에 의해 집속되는 태양 광을 전송하는 광 전송수단이 구비되어 상기 후면 보조 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 단위 채광 장치와, 상기 각 단위 채광 장치들이 일주 운동하는 태양을 추적할 수 있도록 상기 후면 운동 판을 상기 전면 고정 판에 대하여 수평 방향 및 수직 방향으로 운동시키는 구동 수단을 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

Description

판상 구조의 추적형 채광 장치{Plate type day-light device tracking of solar position}
본 발명은 추적형 채광 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전면 주 프레임과, 상기 전면 주 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 전면 보조 프레임으로 이루어지는 전면 고정 판과; 후면 주 프레임과, 상기 후면 주 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 후면 보조 프레임으로 이루어지는 후면 운동 판과; 일단에는 집속 렌즈가 구비되어 상기 전면 보조 프레임에 회동 가능하게 결합되며, 타단에는 상기 집속 렌즈에 의해 집속되는 태양 광을 전송하는 광 전송수단이 구비되어 상기 후면 보조 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 단위 채광 장치와; 상기 각 단위 채광 장치들이 일주 운동하는 태양을 추적할 수 있도록 상기 후면 운동 판을 상기 전면 고정 판에 대하여 수평 방향 및 수직 방향으로 운동시키는 구동 수단으로 이루어지는 장치를 제공하여, 설치 공간을 최소한으로 할 수 있을 뿐 아니라 태양 위치를 보다 효과적이고 정밀하게 추적할 수 있는 판상 구조의 추적형 채광 장치에 관한 것이다.
채광 장치는 자연광으로서의 태양 광을 획득하는 장치로서, 채광 장치는 통상적으로 건축물에 고정된 상태에서 태양 광을 소극적으로 획득하는 고정형 채광 장치와, 일주 운동을 하는 태양의 궤적을 실시간으로 따라가며 태양 광을 획득하는 추적형 채광 장치로 대별된다.
고정형 채광 장치는 그 구성이 간단하고 설치 비용이 저렴하기 때문에 건축물에 적용하여 조명 수단으로서의 태양 광을 손쉽게 획득 수 있는 장점이 있으며, 그 일례가 대한민국 공개특허 제2003-000943호이다. 그러나, 이 방식은 채광 장치가 건축물에 설치된 이후에는 그 특성상 채광 장치 방향으로 입사하는 태양 광만을 획득할 수 있다는 점에서 수광 량이 한정되는 단점이 있다. 이를 개선하기 위한 방편으로서 대한민국 등록특허 제769323호와 같은 기술이 제안되고 있으나 이 방식 역시 기본적으로 고정형 채광 장치라는 점에서 유사한 문제를 안고 있다.
이에 비하여, 대한민국 공개특허 제2001-0079191호와 같은 추적형 채광 장치는 계절에 관계없이 태양의 위치를 실시간으로 추적하여 태양 광을 획득할 수 있다는 점에서 채광 효율이 높아 실질적인 건물 내부의 조명 장치로서의 활용 가치가 높다. 그러나, 이 방식은 일주 운동하는 태양의 위치를 실시간으로 추적해야 하기 때문에 장치 자체가 복잡하며 그 설치 비용이 상당히 고가라는 단점이 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제2001-0079191호를 포함하여 종래 제안되고 있는 추적형 채광 장치 대부분은 원운동 궤적을 그리면서 태양을 추적하는 방식을 취하고 있기 때문에 공간이 협소한 경우에는 설치가 불가능한 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제2001-0079191호, 대한민국 특허출원 제2009-0116605호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명은 수평 운동 및 수직 운동에 회동 운동을 연동시킴으로써 간단한 구성으로 일주 운동하는 태양의 위치를 실시간으로 정밀하게 추적할 수 있는 채광 장치를 제공함에 그 목적이 있다
본 발명의 다른 목적은 채광 장치를 판상으로 구성함으로써 건축물의 설치 공간이 매우 협소하더라도 건축물의 외관 훼손 없이 용이하게 설치할 수 있는 채광 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 전면 주 프레임과, 상기 전면 주 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 전면 보조 프레임으로 이루어지는 전면 고정 판과, 후면 주 프레임과, 상기 후면 주 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 후면 보조 프레임으로 이루어지는 후면 운동 판과, 일단에는 집속 렌즈가 구비되어 상기 전면 보조 프레임에 회동 가능하게 결합되며, 타단에는 상기 집속 렌즈에 의해 집속되는 태양 광을 전송하는 광 전송수단이 구비되어 상기 후면 보조 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 단위 채광 장치와, 상기 각 단위 채광 장치들이 일주 운동하는 태양을 추적할 수 있도록 상기 후면 운동 판을 상기 전면 고정 판에 대하여 수평 방향 및 수직 방향으로 운동시키는 구동 수단을 포함하여 이루어지는 판상 구조의 추적형 채광 장치를 제공한다.
상기 태양 광 전송수단은 광 섬유로 이루어질 수 있다.
본 발명은 단순한 수평 운동 및 수직 운동을 수평 회동축 및 수직 회동축에 연동시킴으로써 간단한 구성으로 단위 채광 장치들이 일주 운동하는 태양의 위치를 실시간으로 정밀하게 추적할 수 있도록 해준다
또한, 본 발명은 채광 장치 자체를 판상으로 구성하고 장치의 구동 부분을 최소화시킴으로써 설치 공간이 매우 협소한 건축물일지라도 외관의 훼손 없이 용이하게 설치할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 판상 구조의 추적형 채광 장치 전면 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 판상 구조의 추적형 채광 장치 후면 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 판상 구조의 추적형 채광 장치 작동 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 판상 구조 추적형 채광 장치의 단위 채광 장치 개략 구성도.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 도 1 및 도 2 각각은 본 발명에 따른 판상 구조 추적형 채광 장치의 전면 구성도 및 후면 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 판상 구조 추적형 채광 장치의 작동 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 판상 구조 추적형 채광 장치에 있어 단위 채광 장치의 개략적인 구성도이다. 도면에 개시된 것과 같이, 본 발명은 기본적으로 전면 고정판(100) 및 후면 운동판(200), 그리고 단위 채광 장치(300) 및 구동수단을 포함하여 이루어지는 특징이 있다.
상기 전면 고정판(100)은 태양 광을 획득하는 채광부를 포함하는 부분으로서, 전면 주 프레임(120)과, 상기 전면 주 프레임(120)에 회동 가능하게 결합되는 전면 보조 프레임(160)으로 이루어진다. 상기 전면 주 프레임(120)은 전면 고정판의 주 몸체로서 후술할 단위 채광 장치(300)가 안정적으로 회동할 수 있는 토대를 제공한다. 본 발명에 따라 전면 주 프레임(120)에 전면 보조 프레임(160)을 결합함에 있어, 전면 주 프레임을 전면 보조 프레임을 회동 가능하게 직접 결합하는 경우와, 전면 프레임에 복수 개의 채광 홀을 형성한 다음 상기 채광 홀에 전면 보조 프레임을 회동 가능하게 결합하는 경우가 있을 수 있는데, 도면에는 후자의 경우가 도시되어 있다. 즉, 전면 주 프레임(120)에 복수 개의 채광 홀(140)이 형성되고, 상기 각 채광 홀(140)에 전면 보조 프레임(160)이 회동 가능하게 결합되는 경우를 보여준다. 따라서, 후술할 내용이 채광 홀이 형성되는 경우에 한정하여 설명이 전개된다 할지라도 본 발명은 채광 홀이 없이 전면 보조 프레임이 전면 주 프레임에 직접 결합되어 회동하는 구성을 배제하지 않는다.
상기 전면 보조 프레임(160)은 후술할 단위 채광 장치의 단부가 장착되는 부분으로서 복수 개의 집속 렌즈 홀(162)이 형성된 상태로 양단부에 구비되는 전면 수직 회동축(166)에 의해 채광 홀(140)에서 b′방향으로 회동 가능하도록 장착된다. 상기 채광 홀(140)의 내 측면 각각에는 상기 전면 수직 회동축(166)이 삽입되는 홀(미도시)이 형성되는 것이 바람직하며, 전면 수직 회동축이 홀에 삽입된 상태에서 자유롭게 회동할 수 있도록 상기 홀의 내직경은 상기 전면 수직 회동축의 직경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 집속 렌즈 홀(162)의 형상은 완전히 임의 사항으로서 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다. 한편, 도면에는 전면 보조 프레임이 너비 방향으로 결합되어 회동하는 구성이 개시되어 있는데, 이와 달리 전면 보조 프레임이 길이 방향으로 회동하는 구성으로 이루어질 수 있음은 물론이다. 이때, 채광 홀 역시 길이 방향으로 형성되어야 함은 자명하며, 채광 홀 구성이 없이 전면 보조 프레임 각각이 전면 주 프레임에 길이 방향으로 직접 결합될 수도 있다.
상기 단위 채광 장치(300)는 태양 광을 직접 획득하는 부분으로서, 몸체가 되는 채광 프레임(320)과, 상기 채광 프레임(320)의 일단부 전면에 구비되는 집속 렌즈(340)를 포함하여 이루어진다. 상기 채광 프레임(320)의 일단은 전면 보조 프레임(160)에 형성되는 집속 렌즈 홀(162) 공간에서 a′방향으로 회동 가능하게 전면 수평 회동축(168)에 의해 결합되며, 타단은 후술할 후면 보조 프레임(260)과 후면 수평 회동축(264)에 의해 결합된다. 도면부호 324, 326 각각은 채광 프레임과 전면 보조 프레임, 채광 프레임과 후면 보조 프레임 사이의 축 결합을 위한 홈으로서, 미도시된 핀을 사용하여 결합하는 것이 바람직하다. 상기 채광 프레임의 구조는 본 발명이 추구하고자 하는 기술적 사상의 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있음은 자명하다.
한편, 상기 집속 렌즈(340)의 촛점 거리만큼 이격된 후방에는 관통 홀(328)이 형성되며, 상기 관통 홀(328)에는 광 전송수단(360)이 삽입 장착된다. 상기 광 전송수단(360)은 집속 렌즈에 의해 집속된 태양 광을 미 도시된 광 조명장치 부분으로 전달하게 되며 광섬유로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 광 전송수단(360) 단부에는 여러 가지 다양한 필터 또는 냉각수단이 구비되어 특정 파장대의 광선은 제거하거나 또는 집속으로 인한 열을 냉각시킬 수 있음은 물론이다.
상기 후면 운동판(200)은 후술할 구동수단을 이용하여 단위 채광 장치(300)를 운동시키는 부분으로서, 몸체가 되는 후면 주 프레임(220)과, 상기 후면 주 프레임에 고정 결합되는 후면 보조 프레임(260)을 포함하여 이루어진다. 상기 후면 주 프레임(220)은 도 3에 일부 개시되어 있는 것과 같이 사각 틀 형상으로 이루어져 복수 개의 후면 보조 프레임(260)이 내측면에 고정 결합되는 구조로 이루어지는 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 후면 보조 프레임(260)이 적절하게 고정 결합 될 수 있다면 그 어떤 구조도 배제하지 않는다.
상기 후면 보조 프레임은 채광 프레임(320)의 후단부가 결합되는 부분으로서, 도 3에 개시된 것과 같이 복수 개의 채광 프레임이 일정 간격 이격된 상태로 결합될 수 있도록 길이 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 후면 보조 프레임(260)은 전면 보조 프레임(160) 개수만큼 구비되는 것이 바람직하며, 후면 주 프레임(220)이 사각 틀 형상으로 이루어지는 경우 후면 수직 회동축(266)에 의해 후면 주 프레임의 내축면에 회동 가능하게 결합된다. 상기 후면 수직 회동축은 핀 형상으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 후면 주 프레임의 내측 면에는 핀이 삽입된 상태로 용이하게 회동할 수 있도록 핀의 직경보다 큰 홀이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 구동수단은 미 도시된 제어부의 입력 신호에 따라 후면 운동판(200)을 전면 고정판(100)에 대하여 수평방향 및 수직방향으로 구동시키는 부분으로서, 후면 운동판(200)을 전면 고정판에 대하여 수직 방향으로 구동시키는 수직 구동수단(420)과, 후면 운동판(200)을 전면 고정판에 대하여 수평 방향으로 구동시키는 수평 구동수단(460)으로 이루어진다. 상기 수직 구동수단 및 수평 구동수단은 모터, 유압실린더 등 관련 업계에 널리 알려진 구동장치 중에서 임의로 취사 선택할 수 있음은 물론이다. 도면부호 410 및 450은 수직 구동수단(420) 및 수평 구동수단(460)을 전면 고정판(100)에 결합시키기 위한 수직 지지대 및 수평 지지대이다.
본 발명에 따른 채광 장치의 작동 구성을 도 2 및 도 3을 참조하여 살펴본다. 편의상 도 3을 바라보았을 때 우측 방향 및 좌측 방향 각각을 동쪽 방향 및 서쪽 방향으로 설정하며, 상측을 천정 방향으로 설정한다. 먼저, 일출 시점이 되면 입력 신호에 따라 수평 구동수단(460)이 구동되어 후면 운동판(200)을 전면 고정판(100)에 대하여 좌측으로 운동시키면, 각 단위 채광 장치(300)는 전면 수평 회동축(168)을 중심으로 전면 보조 프레임의 각 집광 렌즈 홀(162)에서 회동하여 집광 렌즈(340)가 태양을 바라보게 된다. 일출 이후 태양의 고도가 높아지면서 일주 운동을 하게 되면, 입력 신호에 따라 수직 구동수단(420)이 수평 구동수단(460)과 함께 구동되어 후면 운동판(200)은 전면 수직 회동축(166) 및 전면 수평 회동축(168) 중심으로 전면 고정판(100)에 대하여 상측 방향 및 좌측 방향으로 동시에 운동한다.
즉, 후면 운동판은 구동수단에 의하여 전면 고정판 기준으로 수평 방향(a) 및 수직 방향(b)으로 운동을 하지만, 단위 채광 장치는 전면 수평 회동축(168) 및 후면 수평 회동축(264)에 의해 (a′, a〃) 방향으로, 그리고 전면 수직 회동축(166) 및 후면 수직 회동축(266)에 의해 (b′, b〃) 방향으로 회전 운동을 하게 됨에 따라 태양의 일주 운동을 자연스럽게 추적할 수 있게 되는 것이다. 한편, 본 발명은 이러한 작동 구성 이외에도, 미 도시된 제어부에 태양의 연중 일출 좌표가 입력된 상태에서 일출 전에 단위 채광 장치가 태양의 일출 위치에 미리 위치한 다음 태양의 일주 운동을 추적할 수 있도록 구성할 수 있음도 물론이다.
100 : 전면 고정판 120 : 전면 주 프레임
140 : 채광 홀 160 : 전면 보조 프레임
200 : 후면 운동판 220 : 후면 주 프레임
260 : 후면 보조 프레임 300 : 단위 채광 장치
320 : 채광 프레임 340 : 집속 렌즈
360 : 광 전송수단 420 : 수직 구동수단
460 : 수평 구동수단

Claims (2)

  1. 전면 주 프레임과, 상기 전면 주 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 전면 보조 프레임으로 이루어지는 전면 고정 판과;
    후면 주 프레임과, 상기 후면 주 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 후면 보조 프레임으로 이루어지는 후면 운동 판과;
    일단에는 집속 렌즈가 구비되어 상기 전면 보조 프레임에 회동 가능하게 결합되며, 타단에는 상기 집속 렌즈에 의해 집속되는 태양 광을 전송하는 광 전송수단이 구비되어 상기 후면 보조 프레임에 회동 가능하게 결합되는 복수 개의 단위 채광 장치와;
    상기 각 단위 채광 장치들이 일주 운동하는 태양을 추적할 수 있도록 상기 후면 운동 판을 상기 전면 고정 판에 대하여 수평 방향 및 수직 방향으로 운동시키는 구동 수단을;
    포함하여 이루어지는 판상 구조의 추적형 채광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양 광 전송수단은 광 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판상 구조의 추적형 채광 장치.
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JPH11182940A (ja) 1997-12-22 1999-07-06 Nobuyoshi Ishida 集光送光した太陽光を用いる光熱器具
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