KR101793595B1 - 태양열과 지열의 온도 차를 이용한 자가발전 조명장치 - Google Patents

태양열과 지열의 온도 차를 이용한 자가발전 조명장치 Download PDF

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Abstract

태양열과 지열의 온도차를 이용한 자가발전 조명장치가 개시된다. 본 장치는, 지면에 설치되는 베이스, 상기 베이스 상면에 배치되는 적어도 하나의 LED모듈, 상기 베이스 상면에 배치되는 적어도 하나의 열전소자, 상기 LED모듈 및 상기 열전소자를 덮도록 베이스 상측에 배치되며, 투명한 재질로 이루어지는 커버부재, 일측이 상기 열전소자의 저온부에 접속되고 타측이 지하에 매립되는 냉각부재, 상기 열전소자에 의해 발전되는 전기를 축전하기 위한 축전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치일 수 있다.

Description

태양열과 지열의 온도 차를 이용한 자가발전 조명장치{SELF-GENERATION LIGHTING APPARATUS USING TEMPERATURE DIFFERENCE BETWEEN SOLAR HEAT AND GROUND HEAT}
본 발명은 자가발전 조명장치에 관한 것으로, 열전소자를 통해 태양열과 지열의 온도 차를 이용한 자가발전 조명장치에 관한 것이다.
현재 도로에 사용되고 있는 반사체는 운전자가 중앙선을 용이하게 인식하도록 하기 위해 포장된 도로의 중앙선을 따라 일정 간격을 두고 설치되는 것으로, 상기 반사체는 차량의 헤드램프로부터 발산되는 빛을 반사하여 운전자에게 중앙선을 인식시키고 있다. 그러나 시간이 경과하면 반사체의 반사 능력이 현저히 떨어져 야간에 중앙선을 인식할 수 없는 경우가 종종 발생하였다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 내측에 LED를 설치한 도로 조명장치가 개발되었다. 이와 같은 조명장치는 LED를 점등시킴으로서 도로 조명장치의 인식 능력을 향상시킬 수 있었다. 그런데 상기 조명장치를 구동시키기 위해서는 전기가 필요하므로 기존에는 상용전원을 사용하거나 태양광 에너지를 이용하고 있다.
그러나 상용전원을 이용하는 경우 도로 조명장치에 전원을 공급하기 위한 전선이 연결되어야 하므로 설치가 불편하고, 도로의 침하나 도로 공사 등으로 인하여 전선이 끊어지는 문제가 있었다. 또한, 종래의 도로 조명장치는 태양광 에너지를 이용하는 경우 태양광을 받기 위하여 도로 조명장치의 상부에 솔라셀을 설치하게 되는데, 이 경우 차량의 무게로 인하여 솔라셀이 파손될 우려가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 설치가 용이하고 집열을 위한 열전소자를 베이스에 설치함에 따라 파손을 방지하는 자가발전 조명장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 태양열과 지열의 온도차를 이용한 자가발전 조명장치에 있어서, 태양열과 지열의 온도차를 이용한 자가발전 조명장치에 있어서, 지면에 설치되는 베이스; 상기 베이스 상면에 배치되는 적어도 하나의 LED모듈; 상기 베이스 상면에 배치되는 적어도 하나의 열전소자; 상기 LED모듈 및 상기 열전소자를 덮도록 베이스 상측에 배치되며, 투명한 재질로 이루어지는 커버부재; 일측이 상기 열전소자의 저온부에 접속되고 타측이 지하에 매립되는 냉각부재; 및 상기 열전소자에 의해 발전되는 전기를 축전하기 위한 축전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치를 제공한다.
상기 커버부재는 내주면에 형성되어 상기 열전소자의 고온부로 태양광을 집광하기 위한 적어도 하나의 볼록렌즈; 를 더 포함할 수 있다.
상기 커버부재는 돔 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치일 수 있다.
상기 축전지는 지하에 매립되는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치일 수 있다.
상기 축전지는 상기 베이스의 저면 또는 상기 베이스 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치일 수 있다.
상기 열전소자는 다수로 이루어지며, 상기 LED 모듈을 중심으로 원형 배열되는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치일 수 있다.
상기 열전소자는 다수로 이루어지며, 상기 LED 모듈과 함께 매트릭스 배열되는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 의해, 태양광을 효율적으로 집광하여 열전소자(500)에 의해 태양열을 전기에너지로 효과적으로 변환시킬 수 있다.
도 1은 태양열과 지열의 온도차를 이용한 자가발전 조명장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 태양열과 지열의 온도차를 이용한 자가발전 조명장치를 나타내는 정면도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 태양열과 지열의 온도차를 이용한 자가발전 조명장치를 나타내는 정면도이다.
도 4는 LED 모듈을 중심으로 원형 배열되는 자가발전 조명장치의 열전소자를 나타내는 평면도이다.
도 5는 LED 모듈과 함께 매트릭스 배열되는 자가발전 조명장치의 열전소자를 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 자가발전 조명장치는 서로 다른 2 개의 반도체 또는 금속을 접속하여 접합부에 온도차를 주면 기전력이 발생하는 제백효과를 이용한 것이다. 제백효과에 의해 발생한 기전력을 열기전력이라고 하는데, 열기전력은 접합부 접속점의 온도 차에 의해 가변 되는데, 온도 차가 클수록 열기전력이 커진다. 따라서, 효율적인 발전을 위해 온도 차의 극대화와 더불어 이 온도차를 지속적으로 유지할 수 있는 열원과 냉각원이 필요하다. 본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 태양열과 지열의 온도 차를 이용하여 열전소자를 통해 효과적으로 발전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 자가발전 조명장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자가발전 조명장치(100)는 조도센서(110), 제어부(120), 열전소자(500), 축전지(600) 타이머(630) 및 LED 모듈(700)을 포함한다.
빛 감지센서(110)는 태광을 감지하는 감지할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예로, 빛 감지센서(110)에서 태양광이 감지되면 돔 형상의 커버부재(300, 도 2 참조) 내주면에 형성된 볼록렌즈(310-360, 도 2 참조)는 열전소자(500)의 고온부(500a, 도 2 참조)로 태양광을 집광하여 열전소자(500) 에 의해 태양열을 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
제어부(120)는 자가발전 조명장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 구체적으로, 상술한 바와 같이 제어부(120)는 조도센서(110)를 통해 주간 및 야간을 판단할 수 있고, 야간인 경우 열전소자(500)에 의해 발전된 전기가 축전되는 축전지(600)의 전력을 이용하여 LED모듈(700)을 구동시킬 수 있다.
또 다른 실시 예로, 본 발명은 조도센서(110) 대신에 타이머(630)를 구비하여 주간 및 야간을 판단할 수도 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가발전 조명장치(100a)의 구조를 자세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 자가발전 조명장치(100a)는 베이스(200), 커버부재(300), 볼록렌즈(310,320,330,340,350,360), 냉각부재(400), 열전소자(500), 축전지(600) 및 LED 모듈(700)을 포함한다.
베이스(200)는 지면에 설치되는 부분이다. 베이스(200)는 자가발전 조명장치(100a)를 설치하기 위해 지면에 매립되는 부분으로, 소정 강도를 갖도록 금속재나 강화 플라스틱과 같은 다양한 재질로 구현될 수 있다.
베이스(200)는 저면에 후술하는 축전지(600)가 배치 될 수 있다. 이 경우, 베이스(200)가 도 3과 같이 내부에 공간(S)이 마련되는 구조이면, 축전지(600)는 베이스(200)의 내부 공간(S) 배치될 수도 있다.
커버부재(300)는 베이스(200)의 상측을 커버한다. 이에 따라, 커버부재(300)는 베이스(200)의 상면에 배치되는 적어도 하나의 열전소자(500) 및 적어도 하나의 LED모듈(700)을 덮어 보호할 수 있다. 이때, 커버부재(300)는 열전소자(500)가 태양광에 노출될 수 있도록 투명 또는 반투명의 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 커버부재(300)를 투과하여 입사되는 태양광은 열전소자(500)의 고온부(500a)를 가열시킬 수 있다. 본 실시 예에서는 커버부재(300)가 단일막으로 구현되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 이중막으로 구현되어 커버부재(300)의 강도를 향상시킬 수 있다.
커버부재(300)의 형상은 집열 효과를 극대화시킬 수 있는 형태예를 들면, 대략 돔 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 하지만 커버부재(300)는 반드시 돔 형상에 한정되는 것은 아니며, 열전소자(500) 및 LED모듈(700)을 안전하게 보호할 수 있는 형상이라면 족하다.
도면에 도시하지는 않았으나 커버부재(300)는 고정장치(미도시) 예를 들면, 클램프나 체결나사 등을 이용하여 베이스(200)의 상부에를 고정된다.
볼록렌즈(310-360)는 태양광을 수렴할 수 있다. 구체적으로, 볼록렌즈(310-360)는 커버부재(300) 내주면에 형성되어 열전소자(500)의 고온부(500a)로 태양광을 집광할 수 있다. 이때, 볼록렌즈(310-360)는 도 2에 도시된 바와 같이, 태양이 어느 위치에 있더라도 지속적으로 집열이 이루어질 수 있도록 다양한 위치 및 간격으로 커버부재(300) 내주면을 따라 다수 형성될 수 있다.
열전소자(500)는 베이스(200)의 상면에 배치된다. 본 실시 예에서 열전소자(500)는 태양열에 의한 가열되는 고온부(500a)와 지열에 의해 고온부(500a)보다 상대적으로 저온을 유지하는 저온부(500b)와의 온도 차를 이용하여 발전한다.
열전소자(500)의 고온부(500a)는 열전도도가 높은 금속이나, 세라믹 등과 같은 물질로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
열전소자(500)의 저온부(500b)는 고온부(500a)에 비해 상대적으로 냉각이 이루어지는 부분이다. 이때, 저온부(500b)에는 냉각부재(400)의 일측이 접촉될 수 있다. 이 경우 냉각부재(400)의 타측은 지하에 매립된다. 즉, 저온부(500b)는 지하 등과 같은 외부 소스에 직접적 또는 간접적으로 노출되어, 그 온도에 따라 냉각될 수 있다. 이 경우, 냉각 효율을 높이기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같이, 저온부(500b)에는 복수의 냉각부재(400)가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로, 냉각부재(400) 및 저온부(미도시)는 열전도도가 높은 금속이나, 세라믹 등과 같은 물질로 구성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 열전소자(500)는 고온부(500a)가 볼록렌즈(310-360)에 의해 가열되고, 저온부(500b)가 지하에 매립된 냉각부재(400)에 의해 고온부(500a)보다 낮은 온도로 유지된다. 이에 따라, 열전소자(500)는 고온부(500a)와 저온부(500b)의 온도 차에 의해 발전한다. 열전소자(500)에 의해 발전된 전력은 축전지(600)에 저장된다.
상기 냉각부재(400)는 얇고 긴 핀 형상 또는 직육면체 형상 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로, 제어부(120)는 열전소자(500)에서 생산된 전기를 도면에 도시되지 않은 전환장치를 통해 축전지(600)로부터 LED모듈(700)로 전기를 공급할 수 있다.
본 발명의 일시 예로, 상술한 바와 같이 조도센서(110)에 의해 야간으로 판단될 경우, 제어부(120)는 제어부(120)는 축전지(600)로부터 LED모듈(700)로 전력을 공급하여 LED모듈(700)을 구동하여 발광할 수 있다.
축전지(600)는 제1 전선(610)을 통해 LED 모듈(700)와 전기적으로 연결되고, 제2 전선(620)을 통해 열전소자(500)와 전기적으로 연결된다. 이와 같은 축전지(600)는 열전소자(500)에 의해 발전되는 전기를 저장한다. 전술한 바와 같이, 축전지(600)는 제어부(120)에 의해 LED 모듈(700)로 전력을 공급할 수 있다. 구체적으로, 축전지(600)는 베이스(200)의 저면에 고정되도록 설치될 수 있다. 이에 따라 축전지(600)는 지하에 매립된다.하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 축전지(600)는 베이스(200) 상면에 배치될 수도 있다. 또한, 축전지(600)는 도 3과 같이 베이스(200) 내부 공간(S)에 배치될 수도 있다.
LED 모듈(700)은 열전소자(500)에 의해 생산된 전기를 이용하여 점등한다. LED 모듈(700)은 베이스(200) 상면에 배치된다. 이때, LED 모듈(700)은 외부 충격에 파손을 줄일 수 있는 외부케이스(미도시)를 포함할 수 있다. 이 외부케이스는 내부가 비어있고 일단이 막히 용기 형상으로 형성될 수 있으며, 외부케이스(미도시)는 조명결합부(미도시)와 측벽부(미도시)를 포함하여 구성될 수도 있다. 측벽부는 내부가 빈 통 형상으로 형성될 수 있으며, 측벽부의 일단은 조명결합부가 밀폐하여, 외부케이스가 전체적으로 용기 형상을 이루도록 구성될 수 있다.
한편, 조명결합부(미도시)는 판 형상으로 형성되며, 조명결합부의 외면에는 조명이 볼트와 같은 체결부재로 결합됨으로써 조명에서 발생된 열이 외부케이스(미도시) 전체로 전달될 수 있다.
한편, 측벽부(미도시)는 사각형상, 삼각형상 등 다양한 형태의 내부가 빈 통 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 외부케이스는 조명에서 발생하는 열이 외부케이스에 빠르게 전달될 수 있도록 열전도율이 높은 알루미늄, 동, 구리, 금 및 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
한편, 조명결합부(미도시)는 매체확산유로(미도시)를 포함할 수 있다. 이 매체확산유로(미도시)는 외부케이스(미도시)가 LED모듈(700)에서 발생한 열에 의해 국부적으로 상승하는 것을 방지하도록 조명결합부의 내측면 더 구체적으로는 조명이 결합되는 면의 반대 면에 매체확산유로(미도시)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로, 열전소자는 다수로 형성될 수 있으며, 이 경우 도 4와 같이 다수의 열전소자(510a,520a,530a,540a,550a,560a)는 하나의 LED 모듈(700)을 중심으로 대략 원형으로 배치될 수 있다.
또 다른 실시 예로, 도 5를 참조하면, 베이스(200) 상면에 배치된 다수의 열전소자(510b,520b,530b,540b,550b,560b)는 하나의 LED 모듈(700)을 중심으로 대략 매트릭스 형상으로 배치될 수도 있다.
즉, 상술한 실시 예에 한정됨 없이 베이스(200) 상면에 배치되는 적어도 하나의 열전소자(500) 및 LED 모듈(700)은 사용자 설정에 의해 다양하게 배치될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 베이스(200) 상면에 다수의 열전소자를 다양한 배열로 설치함에 따라 발전량을 극대화할 수 있다.
110: 조도센서 120: 제어부
200: 베이스 500: 열전소자
600: 축전지 630: 타이머
700: LED모듈

Claims (8)

  1. 태양열과 지열의 온도차를 이용한 자가발전 조명장치에 있어서,
    지면에 설치되는 베이스;
    상기 베이스 상면에 배치되는 복수의 LED모듈;
    상기 베이스 상면에 배치되는 적어도 하나의 열전소자;
    상기 LED모듈 및 상기 열전소자를 덮도록 베이스 상측에 배치되며, 투명한 재질로 이루어지는 커버부재;
    일측이 상기 열전소자의 저온부에 접속되고 타측이 지하에 매립되는 냉각부재;
    상기 열전소자에 의해 발전되는 전기를 축전하기 위한 축전지;
    빛의 양을 감지하는 조도센서; 및
    상기 조도센서에 의해 주야를 판단하며, 상기 축전지로부터 상기 LED모듈로 전력을 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 복수의 열전소자는 상기 LED 모듈을 중심으로 원형 배열되거나 상기 LED 모듈과 함께 매트릭스 배열되는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버부재는 내주면에 형성되어 상기 열전소자의 고온부로 태양광을 집광하기 위한 적어도 하나의 볼록렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버부재는 돔 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 축전지는 지하에 매립되는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 축전지는 상기 베이스의 저면 또는 상기 베이스 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 태양열과 지열의 온도차를 이용한 자가발전 조명장치에 있어서,
    지면에 설치되는 베이스;
    상기 베이스 상면에 배치되는 복수의 LED모듈;
    상기 베이스 상면에 배치되는 적어도 하나의 열전소자;
    상기 LED모듈 및 상기 열전소자를 덮도록 베이스 상측에 배치되며, 투명한 재질로 이루어지는 커버부재;
    일측이 상기 열전소자의 저온부에 접속되고 타측이 지하에 매립되는 냉각부재;
    상기 열전소자에 의해 발전되는 전기를 축전하기 위한 축전지;
    주, 야를 판단하는 타이머; 및
    상기 타이머에 의해 주야를 판단하며, 상기 축전지로부터 상기 LED모듈로 전력을 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 복수의 열전소자는 상기 LED 모듈을 중심으로 원형 배열되거나 상기 LED 모듈과 함게 매트릭스 배열되는 것을 특징으로 하는 자가발전 조명장치.
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