KR101115232B1 - 자연 채광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광을 집광하고 건물의 내부로 유입시켜 실내를 자연 채광시킬 수 있는 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 자연 채광 장치는 한 쌍의 집광반사경이 대향 배치되고, 상기 한 쌍의 집광반사경 사이에 한 쌍의 조광반사경이 배치되는 집광기와, 상기 집광기를 지지하고 상기 한 쌍의 조광반사경에서 반사된 태양광이 지나는 광도관과, 상기 광도관에 연결되고 상기 태양광을 건물 내부로 보내는 광덕트 조립체와, 상기 집광기에 고정되는 태양경로추적장치와, 상기 한 쌍의 집광반사경이 태양을 향하도록 상기 집광기 및 상기 광도관을 회전시키는 구동수단과, 상기 태양경로추적장치와 연동하여 상기 구동수단을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

자연 채광 장치{NATURAL LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 자연 채광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광을 집광하고 건물의 내부로 유입시켜 실내를 자연 채광시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
건물이 고층화 및 대형화되면서 건물의 내부에는 자연 채광이 상대적으로 취약한 공간이 발생한다. 예컨대, 건물의 외측 창가로부터 거리가 멀리 떨어진 실내나 지하실, 지하주차장 등에는 태양광을 채광시킬 수 없어 전기에너지 등을 사용하는 인공 조명 수단의 설치가 요구된다.
건축 기술이 발전하면서 건물에서 소비되는 에너지량을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 실내 환경을 쾌적하게 조성할 수 있는 기술이 제안되어 왔다. 특히, 무한으로 사용이 가능하고, 공해를 발생시키지 않는 태양에너지를 활용하는 기술이 주로 제안되어 왔다.
태양에너지를 활용하는 기술 중 자연 채광과 관련된 종래 기술의 일례로서, 공개특허 제2004-0019444호는 태양추적 반사거울방식 자연채광장치를 제안한다. 그러나, 상기 특허문헌에서 제안된 자연채광장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 태양광을 집광하는 채광부(1)가 투명 돔(11) 형태로 구성되고, 그 내부에는 태양광을 반사시키는 1차 반사판(14) 이외에 여타의 반사판이 설치되지 않기 때문에 태양의 고도가 높아짐에 따라 태양광을 지속적으로 집광시키지 못하는 문제점이 있다. 즉, 태양광을 1차 반사판(14)에서 입사받아 채광부(1)의 하측에 구비되는 2차 반사판(21)으로 반사시키기 위해서는 1차 반사판(14)의 반사면이 2차 반사판(21)을 향해 비스듬하게 기울어져야 하는데, 태양이 일주 운동에 의해 고도가 높아져 채광부(1)의 상측에 위치되는 시간대에는 1차 반사판(14)의 반사면이 상측을 향하게 되어 태양광을 2차 반사판(21)으로 반사시키지 못한다. 따라서 태양이 일주 운동하는 동안 일부 시간대에서만 제한적으로 태양광을 집광시킬 수 있어 건물 내부의 목적 공간을 장시간 채광시키지 못하는 문제점이 있다.
한편, 태양광의 집광 효율을 높이기 위해서는 채광부(1) 내에 설치되는 1차 반사판(14)을 대면적으로 형성해야 하기 때문에 1차 반사판(14)의 제작 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 대면적으로 형성되는 1차 반사판(14)이 부분 손상되는 경우에 고가의 1차 반사판(14)을 통째로 교체해야 하기 때문에 자연채광장치의 유지, 보수에 많은 비용이 드는 문제점이 있다.
공개특허 제2004-0019444호, 2004.3.6, 7-8쪽, 도면 1
본 발명은 태양이 일주 운동하는 낮 시간 동안 태양광을 지속적으로 집광하고 건물의 내부로 유입시켜 건물 내 목적 공간을 장시간에 걸쳐 자연 채광시킬 수 있는 자연 채광 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 두 개의 집광 영역을 형성하여 적은 비용으로 태양광의 집광 효율을 향상시킬 수 있으며, 각각의 집광 영역에 설치되는 반사경을 개별적으로 교체할 수 있어 유지, 보수 비용이 적게 소요되는 자연 채광 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 자연 채광 장치는 한 쌍의 집광반사경이 대향 배치되고, 상기 한 쌍의 집광반사경 사이에 한 쌍의 조광반사경이 배치되는 집광기와, 상기 집광기를 지지하고 상기 한 쌍의 조광반사경에서 반사된 태양광이 지나는 광도관과, 상기 광도관에 연결되고 상기 태양광을 건물 내부로 보내는 광덕트 조립체와, 상기 집광기에 고정되는 태양경로추적장치와, 상기 한 쌍의 집광반사경이 태양을 향하도록 상기 집광기 및 상기 광도관을 회전시키는 구동수단과, 상기 태양경로추적장치와 연동하여 상기 구동수단을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 집광기는 원통형 또는 사각통형의 집광관을 포함한다.
상기 집광기는 상기 광도관을 관통하여 설치될 수 있다.
상기 한 쌍의 집광반사경은 45°의 각도로 기울어져 설치될 수 있다.
상기 광도관은 산화알루미늄 피막을 내주면에 가진다.
상기 구동수단은 상기 집광관의 중심축을 회전축으로 하여 상기 집광기를 회전시키는 제1 구동수단과, 상기 광도관의 중심축을 회전축으로 하여 상기 광도관을 상기 광덕트 조립체 상에서 회전시키는 제2 구동수단을 포함한다.
상기 제1 구동수단은 기어 전동 또는 벨트 전동에 의해 상기 집광관을 회전시킬 수 있다.
상기 제2 구동수단은 기어 전동에 의해 상기 광도관을 회전시킬 수 있다.
상기 광덕트 조립체는 복수의 광덕트를 포함하고, 상기 복수의 광덕트는 반사경이 내부에 구비되는 고정식 엘보형 광덕트 또는 주름식 엘보형 광덕트를 포함할 수 있다.
본 발명의 자연 채광 장치에 의하면, 한 쌍의 집광반사경이 대향 배치되고, 한 쌍의 집광반사경 사이에 한 쌍의 조광반사경이 배치되는 집광기를 태양의 이동에 따라 자세 변화시킴으로써 태양이 일주 운동하는 위치와 무관하게 태양광을 지속적으로 집광시킬 수 있다. 또한, 집광기에서 집광된 태양광을 광도관 및 광덕트 조립체를 통해 건물의 내부로 보내 건물 내 목적 공간을 자연 채광시킬 수 있다. 따라서, 건물 내 목적 공간을 낮 시간 동안 자연 채광시킬 수 있어 건물에서 소비되는 에너지를 절감할 수 있으며, 실내 환경을 쾌적하게 조성할 수 있다.
또한, 집광기에 두 개의 집광 영역이 형성되어 각 집광 영역 내에 설치되는 집광반사경 및 조광반사경을 대면적으로 형성하지 않고서도 태양광의 집광 효율을 향상시킬 수 있으며, 집광반사경 및 조광반사경을 개별적으로 교체할 수 있어 자연 채광 장치의 유지, 보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자연채광장치를 도시한 도면이다.
도 2는 천구 상에서의 태양의 이동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자연 채광 장치의 투과 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자연 채광 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 집광관의 구동을 도시한 사시도이다.
도 6는 도 3에 도시된 자연 채광 장치에서 태양광을 집광하고 건물 내로 유입시키는 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 집광반사경의 설치예를 도시한 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자연 채광 장치에 채용되는 태양경로추적장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자연 채광 장치에 적용되는 제어부의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자연 채광 장치를 도시한다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자연 채광 장치를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 자연 채광 장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하여 태양의 일주 운동에 대하여 먼저 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이 태양은 천구(天球) 상에서 일정한 궤도를 따라 일주한다. 천구 상에서의 태양의 위치는 고도각과 시간각이라는 두 가지의 좌표를 사용하여 나타낼 수 있다. 예컨대, 태양이 S1의 위치에 있을 때, 태양의 위치는 수평면을 기준으로 하는 고도각 α1과, 태양이 뜨는 기준 위치(S0)를 기준으로 하는 시간각 β1으로 표시된다. 마찬가지로 태양이 이동하여 S2의 위치에 있을 때, 태양의 위치는 고도각 α2와 시간각 β2로 표시된다. 이와 같이 태양의 위치는 2차원의 각도 좌표를 통해 나타낼 수 있다.
본 발명의 자연 채광 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 일주 운동하는 태양의 위치를 추적하여 태양광을 집광하고, 집광된 태양광을 건물 내로 유입시켜 건물 내 목적 공간, 예를 들어 건물의 외측 창가로부터 거리가 멀리 떨어진 실내나 지하실, 지하주차장 등의 공간을 자연 채광시키는 장치이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자연 채광 장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 편평한 설치면(30) 상에, 예컨대 건물 옥상(屋上)의 편평한 일면 상에 놓이는 식으로 건물에 설치된다. 이러한 자연 채광 장치(100)는 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)이 대향 배치되고, 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b) 사이에 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)이 배치되는 집광기(110)와, 집광기(110)에 고정되는 태양경로추적장치(120)와, 집광기(110)를 지지하고 집광기(110)에서 집광된 태양광(L; 도6 참조)이 지나는 광도관(130)과, 광도관(130)의 하측에 연결되고 태양광(L)을 건물 내부로 보내는 광덕트 조립체(160)와, 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)이 태양(S; 도5 참조)을 향하도록 집광기(110) 및 광도관(130)을 회전시키는 구동수단(140)과, 태양경로추적장치(120)와 연동하여 구동수단(140)을 제어하는 제어부(150; 도9 참조)를 포함한다. (도면에서, 집광기(110)의 회전을 R1, 광도관(130)의 회전을 R2로 표시하였다.)
집광기(110)는 태양광(L)을 집광시키는 구조물로서, 복수의 반사경(反射鏡)을 사용하여 태양광(L)을 집광시킨다. 집광기(110)에는 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)이 동일 축선상에서 대향 배치되고, 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b) 각각과 짝을 이루는 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)이 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b) 사이에 배치되어, 집광기(110)의 두 개의 영역에서 태양광(L)이 집광된다. 즉, 집광기(110)는 집광기(110)를 양분하는 가상선(C0)을 기준으로 두 개의 집광 영역(Z1, Z2; 도6 참조)을 가진다.
집광기(110)에 태양광(L)이 조사되어 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)에 입사되면, 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)은 입사된 태양광(L)을 마주보는 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)으로 각각 반사시킨다. 또한, 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)은 태양광(L)을 광도관(130)의 내측으로 재반사시킨다. 이와 같이, 집광기(110)의 양측에 형성시킨 집광 영역(Z1, Z2)에서 태양광(L)을 집광하고, 두 군데의 집광 영역(Z1, Z2)에서 집광된 태양광(L)이 모두 광도관(130)의 내측을 지나도록 함으로써 자연 채광에 필요한 태양광량을 용이하게 확보할 수 있다. 집광기(110)는 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)과 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)을 내부에 수용시키는 집광관(112)을 구비한다. 이 실시예에 있어서, 집광관(112)은 원통체 또는 사각통체를 포함한다. 집광관(112)을 원통체로 형성하는 경우에는 태양광(L)이 다양한 각도에서 집광관(112)을 투과하더라도 집광관(112)의 내측에 집광관(112)의 형상에 따른 음영(陰影)이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 집광관(112)을 사각통체로 형성하는 경우에는 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b) 및 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)을 용이하게 설치할 수 있다. 집광관(112)은 태양광(L)이 외부 표면에서 반사되지 않고 내측에 모두 투과될 수 있도록 광 투과율이 높은 투명 유리, 투명 플라스틱 재료로 형성된다.
한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)과 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)은 고반사율의 반사면을 갖는 평면경으로서 집광관(112)의 내측에서 집광관(112)의 중심축에 대하여 비스듬하게 배치될 수 있도록 타원형 또는 사각형으로 형성된다. 집광관(112)의 양단 부위에서 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)은 반사면이 비스듬하게 상측을 향하도록 기울어져 설치되며, 집광관(112)의 내측 중앙 부위에서 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)은 반사면이 비스듬하게 하측을 향하도록 기울어져 설치된다. 특히, 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b) 및 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)은 도 7(a)에 도시된 바와 같이 집광관(112)에 대하여 45°의 경사각(θ)을 갖도록 기울어져 설치됨으로써 집광반사경(114a)에서 반사된 태양광(L)을 손실없이 조광반사경(114b)으로 반사시킬 수 있다. 경사각(θ)이 도 7(b)에 도시된 바와 같이 45°미만인 경우에는 집광반사경(114a)에서 반사된 태양광(L)의 일부가 조광반사경(116a)에 도달하기 전 집광관(112)의 상측으로 투과되어 손실되고, 경사각(θ)이 도 7(c)에 도시된 바와 같이 45°를 초과하는 경우에는 집광반사경(114a)에서 반사된 태양광(L)의 일부가 조광반사경(116a)에 도달하기 전 집광관(112)의 하측으로 투과되어 손실된다.
태양경로추적장치(120)는 본 출원인에 의해 출원된 공개특허 제2009-0008943호에서 제안된 장치이다. 이러한 태양경로추적장치(120)는 집광기(110)의 외면, 즉 집광관(112)의 외면 상에 고정된다. 도 3에 도시된 바와 같이 집광기(110)가 광도관(130)을 관통하여 수평하게 설치되는 경우, 태양경로추적장치(120)는 집광관(112)의 일측 단부에 고정된다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 자연 채광 장치(100a)에서는 집광기(110)가 광도관(130') 상에 설치된다. 이 경우, 태양경로추적장치(120)는 집광관(112)의 외면 상에 고정된다. 특히, 태양경로추적장치(120)가 집광관(112)의 외주면 상에 고정되는 경우에 태양경로추적장치(120)는 태양광(L)이 집광기(110)에 수직하게 조사되어 집광관(112)에 생기는 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)의 투영 면적이 최대일 때 집광관(112)을 양분하는 외주연의 최상측 부위에 고정된다.
도 8을 참조하면, 태양경로추적장치(120)는 집광기(110)에 고정되는 베이스판(122)과, 베이스판(122)에 평행하고 수직 정사영이 베이스판(122) 내에 투영되는 그림자판(123)과, 그림자판(123)의 수직 정사영의 내부에 배치되도록 베이스판(122) 상에 구비되는 복수의 태양광감지센서(124a, 124b)를 포함한다. 그림자판(123)은 그 대각선으로 직교하게 배치되는 지지대(125)에 의해 베이스판(122)과 연결된다. 미도시되었지만, 태양경로추적장치(120)에는 두 쌍의 태양광감지센서(124a, 124b)에서 감지된 신호를 유선 또는 무선 방식으로 제어부(150)로 전송하는 전송수단이 구비된다.
위와 같은 태양경로추적장치(120)가 태양(S)을 향하는 경우, 즉 그림자판(123)이 태양광(L)의 조사 방향과 직교하는 경우에는 그림자판(123)의 음영이 베이스판(122)에 투영된 그림자판(123)의 수직 정사영과 동일한 영역에 형성되어 두 쌍의 태양광감지센서(124a, 124b) 모두에 태양광(L)이 감지되지 않는다. 반면, 태양경로추적장치(120)가 태양(S)을 향하지 않는 경우에는 그림자판(123)의 음영이 베이스판(122)에 비스듬하게 형성된다. 따라서, 음영과 수직 정사영이 동일하게 형성되지 않고, 적어도 하나의 태양광감지센서(124a, 124b)에 태양광(L)이 감지된다. 이 경우, 제어부(150)는 태양경로추적장치(120)와 연동되어 모든 태양광감지센서(124a, 124b)에 태양광(L)이 감지되지 않도록 구동수단(140)을 제어하여 집광기(110) 및 광도관(130)을 회전시킨다.
광도관(130)은 집광기(110)를 설치면(30)으로부터 이격시켜 지지하고, 집광기(110)에서 집광된 태양광(L)이 지나는 광 통로로서 기능한다. 광도관(130)은 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 상단이 막히고, 하단이 완전 개방되고, 집광기(110)가 관통될 수 있도록 대향되는 양측이 개방되는 원통 형상을 가지며, 설치면(30), 즉 건물의 천장벽을 상하로 관통하여 건물의 내부로 돌출되는 광덕트 조립체(160) 상에 회전 가능하게 설치된다. 이러한 광도관(130)은 집광기(110)를 양분하는 가상선(C0)이 광도관(130)의 횡단면의 중심을 지나도록 집광기(110)를 관통시켜 지지한다. 한편, 도 4에 도시된 바와 같이 집광기(110)가 광도관(130')의 상측에 놓여지도록 배치되는 경우, 광도관(130')은 상단이 부분 개방되고, 하단이 완전 개방되는 원통 형상을 가진다. 이러한 광도관(130')의 상측에서 집광기(110)는 광도관(130')의 부분 개방된 부위(132)을 지나가도록 배치된다.
집광기(110)에서 집광된 태양광(L)이 손실없이 광도관(130)을 지나가도록 광도관(130)의 내경(d)은 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)이 집광관(112)에 형성할 수 있는 최대 투영 면적의 폭 길이(W) 이상의 크기로 형성되며, 이 실시예에서는 건물의 옥상에서의 설치 공간을 최소화하기 광도관(130)의 내경(d)은 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)이 집광관(112)에 형성하는 최대 투영 면적의 폭 길이(W)와 동일한 크기로 형성된다. 태양광(L)이 지나가는 광도관(130)의 내주면에는 산화알루미늄 피막이 양극산화(anodizing) 방식을 통해 고르게 코팅된다. 따라서 광도관(130)의 내측을 지나가는 태양광(L)이 광도관(130)의 내주면에 입사되는 경우에도 전반사를 통해 태양광(L)을 광덕트 조립체(160)로 원활하게 유입시킬 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 집광기(110)가 광도관(130')의 상측에 설치되는 경우에도 광도관(130')의 내경은 한 쌍의 조광반사경(116a, 116b)이 집광관(112)에 형성하는 최대 투영 면적으로 폭 길이와 동일한 크기로 형성된다. 또한, 광도관(130')의 내주면에 산화알루미늄 피막이 코팅된다.
구동수단(140)은 한 쌍의 집광반사경(114a, 114b)이 태양(S)을 향하도록, 즉 태양경로추적장치(120)에 구비되는 적어도 하나의 태양광감지센서(124a, 124b)에 태양광(L)이 감지되지 않도록 집광기(110) 및 광도관(130)을 회전시킨다. 이를 위해, 구동수단(140)은 태양(S)이 일주 운동을 하면서 고도각(α1, α2)이 달라지는 경우에 도 5에 도시된 바와 같이 태양경로추적장치(120)가 기울어지도록 집광기(110)를 회전시키는 제1 구동수단(140a)과, 태양(S)이 일주 운동을 하면서 시간각(β1, β2)이 달라지는 경우에 집광기(110)의 양측에 형성되는 집광 영역(Z1, Z2)이 태양(S)을 마주하도록 광도관(130)을 광덕트 조립체(160) 상에서 회전시키는 제2 구동수단(140b)을 포함한다.
제1 실시예에서, 제1 구동수단(140a)은 광도관(130)의 양측에서 집광기(110)를 회전 가능하게 지지하는 지지링(142a)과, 지지링(142a)의 하부에 배치되어 집광관(112)의 중심축(C1)을 회전축으로 하여 회전시키는 제1 구동모터(144a)를 포함한다. 여기서, 제1 구동모터(144a)는 랙-피니언 기어 등을 이용한 기어 전동 또는 타이밍 벨트 등을 이용한 벨트 전동 방식을 이용하여 지지링(142a)에 지지되는 집광기(110)를 회전시킨다. 제어부(150)의 구동 제어를 받는 제1 구동모터(144a)로서 서보 모터(servo motor)가 사용되어 태양(S)의 고도각(α1, α2) 변화에 따라 집광기(110)를 정확한 각도로 회전시킬 수 있다.
제2 구동수단(140b)은 기어 전동 또는 벨트 전동에 의해 광도관(130)을 회전시킬 수 있다. 이 실시예에서, 제2 구동수단(140b)은 광도관(130)의 외주면을 감싸는 기어 블록(142b)과, 기어 블록(142b)과 맞물려 회전함으로써 광도관(130)의 중심축(C2)을 회전축으로 하여 광도관(130)을 회전시키는 제2 구동모터(144b)를 포함한다. (여기서, 광도관(130)을 회전시키면 광도관(130)에 의해 지지되는 집광기(110)도 평면 상에서 동일한 각도로 회전되는 것은 당연하다.) 제어부(150)의 구동 제어를 받는 제2 구동모터(144b)도 서보 모터를 사용하여 태양(S)의 시간각(β1, β2) 변화에 따라 광도관(130), 즉 집광기(110)를 정확한 각도로 회전시킬 수 있다.
구동수단(140')의 다른 실시 형태를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 구동수단(140a')은 광도관(130')에 결합되어 집광기(110)의 양단을 회전가능하게 지지하는 지지바(142a')와, 지지바(142a')의 단부에 배치되어 집광관(112)의 중심축(C1)을 회전축으로 하여 집광기(110)를 회전시키는 제1 구동모터(144a')를 포함한다. 여기서, 제1 구동모터(144a')는 집광관(112)의 중심축(C1) 선상에 제1 구동모터(144a')의 모터 회전축이 위치되도록 배치되며 제1 구동모터(144a')의 모터 회전축은 집광관(112)의 일측 단면에 연결된다.
위와 같은 구동수단(140, 140')을 이용하여 집광기(110)를 태양(S)의 이동에 따라 자세 변경되도록 함으로써 태양(S)이 일주 운동하는 낮 시간 동안 태양광(L)을 지속적으로 집광시킬 수 있다.
제어부(150)는 자연 채광 장치(100)의 구동을 통합 제어하는 수단으로서 건물 내부의 관리실 등에 설치될 수 있다. 제어부(150)는 도 9에 도시된 바와 같이 태양경로추적장치(120)와 연동하여 구동수단(140)을 구동 제어한다. 미도시되었지만, 다른 실시예에 적용되는 구동수단(140')도 제어부(150)를 통해 구동 제어된다. 즉, 제어부(150)는 태양경로추적장치(120)의 태양광감지센서(124a, 124b)에서 감지된 신호에 응답하여 구동수단(140)을 제어하고, 이를 통해 태양(S)의 위치를 추적한다. 예를 들어, 복수의 태양광감지센서(124a, 124b) 중 적어도 어느 하나에 태양광(L)이 감지되면, 해당 태양광감지센서(124a, 124b)에서 태양광(L)이 감지되지 않도록 구동수단(140)에 실시간으로 구동 명령을 내려 집광기(110)와 광도관(130)을 회전시킨다. 이러한 제어부(150)에 GPS, 고도계 등과 연동되어 자연 채광 장치(100)가 설치된 장소의 위도, 경도, 고도 등을 감지하고, 날씨와 시간에 따라 태양의 이동 위치를 예상하는 태양경로예상수단을 구비시킬 수 있다. 따라서, 태양경로추적장치(120)에서의 감지 신호에 응답하여 구동수단(140)을 구동시키지 않고, 태양의 이동 위치를 미리 예상하여 구동수단(140)을 구동시킬 수도 있다.
광덕트 조립체(160)는 광도관(130)을 지나는 태양광(L)을 건물 내의 목적 장소로 유도하는 광 통로로서, 광도관(130)과 동일한 내경 크기를 가지며 내주면에 반사율이 높은 산화알루미늄 피막이 고르게 입혀진다. 이 실시예에서 건물의 벽을 상하로 관통하는 광덕트 조립체(160)는 복수의 광덕트를 상하로 연결시켜 그 길이를 연장시킬 수 있다. 따라서, 옥상의 바로 아래층에 태양광(L)을 채광시키거나 또는 광덕트 조립체(160)가 복수의 천장벽(또는 바닥벽)을 관통하도록 설치하여 건물 내 목적 공간에 태양광(L)을 채광시킬 수 있다.
실내 공간에 노출되는 광덕트 조립체(160)의 하단부에는 확산렌즈(170)가 설치된다. 확산렌즈(170)는 광덕트 조립체(160)에서 유도된 태양광(L)을 실내에 확산시켜 주는 수단이다. 이러한 확산렌즈(170)는 광 투과율이 높은 유리 또는 플라스틱 재료로 형성되며, 태양광(L)의 채광색을 변경시킬 수 있도록 다양한 색상을 띌 수 있다. 확산렌즈(170)는 실내에 돌출되는 표면이 볼록하게 형성되는데, 단순하게 볼록한 형상으로 형성될 수 있으며 다이아몬드와 같이 복수의 굴절면을 갖도록 형성하여 태양광(L)을 실내에 넓게 확산시켜 채광시킬 수 있다.
본 발명의 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 자연 채광 장치(100b, 100c)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 건물의 수직벽(40)을 관통한 상태로 설치될 수 있다.
광덕트 조립체(160', 160")는 집광기(110) 및 광도관(130, 130')을 통해 집광 및 수집된 태양광(L)을 건물 내부의 목적 공간에 전송한다. 즉, 광덕트 조립체(160', 160")는 복수의 광덕트가 다양한 형태로 연결되어 태양광 전송 경로를 형성한다. 이러한 광덕트 조립체(160', 160")는 태양광(L)의 직선 전송 경로를 형성하는 직선형 광덕트(161, 162, 163)와, 태양광 전송 경로의 굴곡진 부위를 접속하기 위한 엘보형 광덕트(161', 164, 166)를 모두 포함한다. 엘보형 광덕트(161', 164, 166)로는 반사경(165, 167)이 내부에 구비되는 고정식 엘보형 광덕트(164, 166)과 광섬유의 광 전송 방식과 같이 태양광(L)을 전반사시켜 전송하고, 굽힘이 가능한 주름식 엘보형 광덕트(161')가 단독으로 또는 혼용되어 사용된다. 광도관(130, 130')의 하측에는 건물의 내부 구조에 따라 복수의 광덕트가 다양한 형태로 연결될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
100, 100a, 100b, 100c: 자연 채광 장치 110: 집광기
112: 집광관 114a, 114b: 집광반사경
116a, 116b: 조광반사경 120: 태양경로추적장치
130, 130': 광도관 140, 140': 구동수단
150: 제어부 160, 160', 160": 광덕트 조립체
170: 확산렌즈

Claims (9)

  1. 평면경으로 이루어진 한 쌍의 집광반사경이 대향 배치되고, 상기 한 쌍의 집광반사경 사이에 평면경으로 이루어진 한 쌍의 조광반사경이 배치되는 집광관을 포함하는 집광기와,
    상기 집광기를 지지하고 상기 한 쌍의 조광반사경에서 반사된 태양광이 지나는 광도관과,
    상기 광도관에 연결되고 상기 태양광을 건물 내부로 보내는 광덕트 조립체와,
    상기 집광기에 고정되는 태양경로추적장치와,
    상기 한 쌍의 집광반사경이 태양을 향하도록 상기 집광관의 중심축을 회전축으로 하여 상기 집광기를 회전시키는 제1 구동수단과, 상기 광도관의 중심축을 회전축으로 하여 상기 광도관을 상기 광덕트 조립체 상에서 회전시키는 제2 구동수단을 포함하는 구동수단과,
    상기 태양경로추적장치와 연동하여 상기 구동수단을 제어하는 제어부를 포함하는 자연 채광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광관은 원통형 또는 사각통형으로 형성되는 자연 채광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집광기는 상기 광도관을 관통하여 설치되는 자연 채광 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 집광반사경은 45°의 각도로 기울어져 설치되는 자연 채광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광도관은 산화알루미늄 피막을 내주면에 가지는 자연 채광 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동수단은 기어 전동 또는 벨트 전동에 의해 상기 집광관을 회전시키는 자연 채광 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구동수단은 기어 전동에 의해 상기 광도관을 회전시키는 자연 채광 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광덕트 조립체는 복수의 광덕트를 포함하고, 상기 복수의 광덕트는 반사경이 내부에 구비되는 고정식 엘보형 광덕트 또는 주름식 엘보형 광덕트를 포함하는 자연 채광 장치.
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