KR102310100B1 - 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병 - Google Patents

솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베이스(10)의 내장부재홈(13)에 엘이디하우징(20), 엘이디램프(30), 솔라셀(40)을 차례로 수용하고, 수용된 베이스(10) 상부는 커버렌즈(50)로 덮고, 커버렌즈(50)의 위로 볼록한 본체(52) 저면 양측은 엘이디수용홈(55)을, 본체(52) 태두리에는 노면과 일치하는 고정링(60)을 가지는 솔라 도로 표지병에서,
커버렌즈(50)의 위로 볼록한 본체(52) 저면 전체에 엘이디수용홈(55)을 제외하고 일체로 형성하여 위로 볼록한 본체에서 하루종일 태양빛을 일정하게 공급받아 솔라셀(40)로 수직으로 보내는 플래너렌즈부(57); 및
플래너렌즈부(57) 저면에서 엘이디하우징(20) 내부 바닥에 플래너렌즈부 크기로 수용되며 플래너렌즈부(57)에서 수직으로 집광되는 솔라셀(40)을 포함하여 구성한 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병이다.

Description

솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병{Intensive light-emitting LED road sign that emits light with a solar cell storage}
본 발명은 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병에 관한 것이다.
매입형 솔라 도로표지병은 국내특허등록10-0825568호로 알려졌는바, 설치홈과 오링홈을 구비하여 도로지면에 완전히 매입되는 베이스; 상기 설치홈에 내장되어 LED홀더를 구비하는 셀케이스; 상기 셀케이스의 상부에 장착되는 솔라셀; 상기 셀케이스의 하부에 내장되는 PCB기판과 축전지; 상기 LED홀더에 경사지게 설치되는 다수의 LED; 상기 오링홈에 끼워지는 오링; 상기 설치홈의 상부에 끼워져 LED와 마주하는 경사면으로 이루어진 확산공간을 구비하는 반사경을 포함하는 매입형 솔라 도로표지병으로,
상기 베이스의 양측에는 상기 베이스를 도로지면에 견고하게 매입시키기 위한 매입홈을 형성하고,
상기 베이스의 상부에 상기 베이스와 착탈이 용이하도록 다수의 볼트로 체결되어 도로지면과 평면을 이루며 매입되는 고정링을 형성하며,
상기 반사경의 상면에는 다수의 스크래치방지용 돌기가 적정 간격을 두고 배열 형성되고, 상기 확산 공간의 경사면에는 요철이 형성된 매입형 솔라 도로표지병 이다.
그러나 이러한 매입형 솔라 도로표지병은 반사경의 면적이 작고 솔라셀은 햇빛을 받는 수광 수단만 있을 뿐 수광 효율을 높이는 집광수단이 없어 집광 효율이 떨어진다. 또한 매입홈이 있어 분리가 어려운 장점은 있으나, 상대적으로 매입이 어려운 단점이 있다.
또한 플래너렌즈를 사용한 집광 기술이 국내공개특허10-2018-0023216호로 알려졌으나, 이는 태양광전모듈에 집광되도록 하는 기술에 한정한 것이고,
제 1선형 플래너렌즈와, 제 2선형 플래너렌즈를 상하로 배열하여 평명상의 전후 및 좌우로의 집광을 가능토록 하는 기술이 국내공개특허10-2020-0016552호로 개발되었으나, 상하 플래너렌즈를 설치하는 공간 확보가 필수적이어서 도로표지병에는 적용하기 어려운 구조이다.
또한 광원의 빛을 전달하는 코아는 매질 내에서는 직진성이 있으나 다른 매질로의 이동시에는 입사각과 반사각이 있으며, 입사각이 임계각 이상일 때는 반사를 못 한다. 이는 도 8과 같이 발광다이오드 등의 광원(1)으로부터의 빛이 코아층(2)을 지나 표면의 클래드층(3)을 통하여 법선을 중심으로 입사각(∂1)과 반사각(∂3)을 이루면서 반사하여 코아층(2) 내부를 통과토록 하나, 입사각(∂1)이 임계각(∂c)보다 작으면 법선을 중심으로 하는 굴절각(∂2)을 이루어 클래드층(3)의 매질 밖으로 투과한다.
그런데 광원(1)으로부터의 빛이 일정 거리를 지나 입사각(∂1)이 임계각(∂c)을 이루면 전반사를 이루게 된다. 따라서 일반적인 평판상의 코아층(2)을 통한 광원의 빛은 광원(1) 근방만 밝고 임계각(∂c)을 벗어나는 지역은 어두워진다. 그러나 매질을 두번 통과하여 매질의 특정 부분만 집중하여 발광하는 기술은 적용된바 없다.
본 발명은 이를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 솔라셀을 통하여 항상 내부 축전지를 만충전함으로써 고출력의 엘이디램프 상태로 점등하여 지속적으로 사용 가능한 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고출력의 엘이디램프를 통한 빛을 모아서 강하게 발산토록 하고 운전자에게는 볼록렌즈경사면을 통하여 잘보이도록 하고, 시야각도 넓히도록 하는 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 커버렌즈 이면의 플래너렌즈부로 태양빛을 모아서 솔라셀에 전달하되 아침 정오 오후에도 지속적으로 일정하게 수광하여 빛을 전달하도록 위로 볼록한 본체와 플래너렌즈를 일체로 형성하여, 하루 종일 일정한 광량을 지속적으로 집광 가능토록 하는 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병을 제공하려는 것이다.
이를 위한 본원발명은 베이스의 내장부재홈에 엘이디하우징, 엘이디램프, 솔라셀을 차례로 수용하고, 수용된 베이스 상부는 커버렌즈로 덮고, 커버렌즈의 위로 볼록한 본체 저면 양측은 엘이디수용홈을, 본체 태두리에는 노면과 일치하는 고정링을 가지는 솔라 도로 표지병에서,
커버렌즈의 위로 볼록한 본체 저면 전체에 엘이디수용홈을 제외하고 일체로 형성하여 위로 볼록한 본체에서 하루종일 태양빛을 일정하게 공급받아 솔라셀로 수직으로 보내는 플래너렌즈부; 및
플래너렌즈부 저면에서 엘이디하우징 내부 바닥에 플래너렌즈부 크기로 수용되며 플래너렌즈부에서 수직으로 집광되는 솔라셀을 포함하여 구성한 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병을 제공하려는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 솔라셀을 통하여 충전함으로써 고출력의 엘이디램프를 점등하여 지속적으로 사용 가능한 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병을 제공한다.
본 발명은 고출력의 엘이디램프를 통한 빛을 모아서 강하게 발산토록 하고 운전자에게는 볼록렌즈경사면을 통하여 잘보이도록 하고, 시야각도 넓히도록 하는 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병을 제공한다.
본 발명은 커버렌즈 이면의 플레어렌즈부에서 태양빛을 모아서 솔라셀에 수직으로 전달하되 아침 정오 오후에도 지속적으로 일정하게 수광하여 빛을 전달하도록 위로 볼록한 본체와 플래너렌즈를 일체로 형성하여, 하루 종일 일정한 광량을 지속적으로 집광 가능토록 하는 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병을 제공한다.
도 1 은 본 발명의 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 커버렌즈 조립상태 사시도,
도 3은 본 발명의 커버렌즈 저면 사시도,
도 4는 본 발명의 커버렌즈 수직단면도,
도 5는 본 발명의 커버렌즈의 시간별 집광 특성도,
도 6은 본 발명의 엘이디램프를 통한 빛을 모아서 강하게 발산토록하는 원리 설명도,
도 7은 본 발명의 엘이디램프를 통한 빛을 모아서 강하게 발산하는 상태를 예시한 요부 사시도,
도 8은 일반적인 엘이디램프를 사용한 매질에서의 반사 각도 설명도 이다.
이하 본원발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본원발명은 베이스(10)의 내장부재홈(13)에 엘이디하우징(20), 엘이디램프(30), 솔라셀(40)을 차례로 수용하고, 수용된 베이스(10) 상부는 커버렌즈(50)로 덮고, 커버렌즈(50)의 위로 볼록한 본체(52) 저면 양측은 엘이디수용홈 (55)을, 본체(52) 태두리에는 노면과 일치하는 고정링(60)을 가지는 솔라 도로 표지병에서,
커버렌즈(50)의 위로 볼록한 본체(52) 저면 전체에 엘이디수용홈(55)을 제외하고 일체로 형성하여 위로 볼록한 본체(52)에서 하루종일 태양빛을 일정하게 공급받아 솔라셀(40)로 수직으로 보내는 플래너렌즈부(57); 및
플래너렌즈부(57) 저면에서 엘이디하우징(20) 내부 바닥에 플래너렌즈부(57) 크기로 수용되며 플래너렌즈부(57)에서 수직으로 설치되는 솔라셀(40)을 포함하여 구성한다.
상기, 상기 엘이디수용홈(55) 대응 커버렌즈(50)에는 상면에서 고정링(60)을 향하도록 경사진 볼록렌즈경사면(58), 및
엘이디의 길이방향으로 파인 제 1경사면(55-1)과, 엘이디의 볼록렌즈방향으로 파인 제 2경사면(55-2)으로 이루어진 엘이디수용홈(55)을 더 포함하고,
상기 볼록렌즈경사면(58)은 외부로 볼록한 볼록면을, 제2경사면(55-2)은 엘이디수용홈(55)을 향하도록 내부로 볼록한 볼록면을 이루어 엘이디 빛이 제2경사면(55-2)에서 모아진 다음 볼록렌즈경사면(58)에서 10±1°범위로 띠를 이루어 집중 발산되도록 구성한다.
상기, 커버렌즈(50)의 위로 볼록한 본체(52)를 수용하여 고정하는 고정링(60)에는 렌즈공(63)에서 테두리로 갈수록 높이가 낮아져 테두리는 지면과 일치하도록 상면이 경사진 상단고정링(64)과,
상단고정링(64)을 두 부분으로 구획하도록 지면과 일치하는 높이가 수평으로 이루어지고 상단고정링(64) 양단은 각각 절곡된 경사확산면(66)과 저면이 이어지는 링홈부(65)를 포함하여 구성한다.
상기, 링홈부(65)는 결합되는 본체(52)의 수직 중심축에서 반경방향으로 확산된 수평확산선(67)을 포함하여 구성한다.
상기, 엘이디수용홈(55)에 수용되는 엘이디램프(30)는 커버렌즈(50)의 저면에 대하여 35~40°상방으로 경사지게 설치되는 것이 좋다. 35° 미만이명 빛이 볼록렌즈경사면(58)에 다다르지 못하고, 40°를 초과하면 역시 볼록렌즈경사면의 상단위치를 벗어나 빛의 밝기가 약해진다.
도 2에서 (59)는 스크래치 방지용 돌기로 일정 간격으로 다수 설치하되 태양빛이 플래너렌즈부(57)를 향하여 통과가능해지도록 너무 크지 않도록 하는 것이 좋다. 커버렌즈(50)의 렌즈테두리(51)와 고정링(60)의 결합은 고정링(60)에 볼트공(61)을 형성하여 볼트(62)로 렌즈테두리(51)와 결합하는 것을 예시할 수 있다.
커버렌즈(50)를 상부에서 결합하는 베이스(10)의 외부측면 테두리는 수직으로 산과 골을 이루어 이어지는 수직홈(14)을 형성하여 지면에 매립시 좌우 요동을 방지하며 고정마찰력을 증대시켜 이탈을 방지토록 기능한다. (11)은 엘이디램프 (30)를 구동하고 충전을 제어하는 피시비 회로기판, (12)는 축전지 이다. 도면에서 관용적으로 사용하던 실링용 패킹이나 내부 부품 모듈을 고정하는 브라켓이나, 나사, 전원공급용 전선 등의 도시는 생략하였다.
이를 사용할 때는 태양빛을 투과시키는 본체(52)에서 도 5 와 같이 오전, 정오, 오후로 이어지는 태양의 위치 변화에도 플래너렌즈부(57)에서 솔라셀(40)에 지속적으로 태양빛을 수직으로 제공하여 솔라셀(40)이 하루종일 일정한 광량을 받도록 기능한다.
예를들어 오전에 비스듬히 비치는 빛은 위로 볼록한 본체(52)에서 굴절되어 반대편 측의 플래너렌즈부(57)에 빛을 수직으로 전환하여 대응 솔라셀(40)에 빛을 제공하고,
정오에는 위로 볼록한 본체(52)에서 중앙부분의 솔라셀(40) 부위로 빛을 제공하고,
오후에는 역시 위로 볼록한 본체(52)에서 굴절되어 반대편 플래너렌즈부(57)로 빛을 제공하여 수직으로 솔라셀(40) 부위에 일정한 광량을 지속적으로 제공하는 것이다.
도면에서는 오전, 정오, 오후로 표기하였고 도로의 위치에 따라 동서남북 위치가 달라지지만, 플래너렌즈부(57)가 도 3 과 같이 동축의 라인 볼록부를 이루므로 어느 위치에서도 동일하게 오전, 정오, 오후 상태로 변하면서 빛을 일정하게 솔라셀(40)에 전달하도록 기능한다.
이에 따라 솔라셀(40)에서 충분히 수광한 솔라에너지를 축전지(12)에 저장할 수 있게되고, 충분한 충전레벨로 충전되기에 야간에 고휘도의 엘이디램프(30) 점등을 지속시키고(점등시간이나 고휘도 작동은 피시비 회로기판(11)에 설정한 프로그램에 의하여 작동하고 이러한 작동 자체는 알려진 기술이므로 세부 설명은 생략한다), 이러한 엘이디램프(30) 점등은 본원발명에서 완만하게 볼록한 볼록렌즈경사면(58)의 특정한 각도 위치에 집중하여 발광토록하는 기능을 수행한다.
즉, 도 6 에서와 같이 엘이디수용홈(55)에 설치된 엘이디램프(30)는 수평면에 35~40°기울어져 내부로 볼록한 제2경사면(55-2)을 통과하면서 빛이 일차로 모아진 다음, 볼록렌즈경사면(58)에서 집중하여 발광되고, 볼록렌즈경사면(58)은 다시 외부로 볼록하므로 운전자의 시야에 이르도록 일정 각도를 유지하면서 발광하여 발광효율을 극대화시킨다. 시험결과 10°±1°범위로 모아져서 발광하여 우수한 집광효과를 제공하는 것을 확인하였다. 여기서 10°미만이면 빛의 모임 각도가 너무 작아져서 도로의 상태에 따라 운전자가 잘 보지 못할 수가 있고, 10°를 초과하면 빛의 각도가 넓어져 조도가 떨어진다.
즉, 본원발명에서의 제2경사면(55-2)이 내부로 볼록한 볼록면이고, 볼록렌즈경사면(58)이 완만한 볼록면일 때 엘이디램프(30)의 발광각도가 10°±1°범위에 지면 기준으로도 10°범위 위를 향하도록 도 6 과 같이 모아졌고,
제2경사면(55-2)이 평면이고, 볼록렌즈경사면(58)이 평면일 때 엘이디램프(30)의 발광각도가 19~22°범위로 본원발명보다 넓어졌고,
제2경사면(55-2)이 오목면이고, 볼록렌즈경사면(58)이 완만한 볼록면일 때 엘이디램프(30)의 발광각도가 17~20°범위로 본원발명 보다 넓어 졌으며,
제2경사면(55-2)이 볼록면이고, 볼록렌즈경사면(58)이 오목면일 때 엘이디램프(30)의 발광각도가 24~31°범위로 본원발명 보다 넓어졌는데 반하여,
제2경사면(55-2)이 볼록면이고, 볼록렌즈경사면(58)이 완만한 볼록면일 때 엘이디램프(30)의 발광각도는 10°±1°범위를 이루므로 가장 발광효율이 높음을 확인하였다. 본 발명에서 제2경사면(55-2)의 볼록도가 볼록렌즈경사면(58)의 볼록도 보다 크도록 하는 것이 좋다. 이는 제2경사면(55-2)의 볼록도는 엘이디램프(30)의 빛을 모아서 볼록렌즈경사면(58)에 좁은 띠 형태로 집광되도록 기능하기 위함과, 좁은 공간의 엘이디수용홈(55)에 수용된 엘이디램프(30)의 빛을 잘 모으는 수단으로 볼록한 볼록렌즈 형태로 구성하면 엘이디램프(30)의 빛을 잘 모아 전달할 수 있기 때문이고, 볼록렌즈경사면(58)에서는 모아진 빛을 운전자에게 좁은 각도를 유지하면서 일정폭으로 도 6 과 같이 전달가능토록 하기 위함이다.
또한 본원발명은 도 3 에 보인 엘이디수용홈(55)에는 플래너렌즈부(57)가 없으나, 야간에 작동하는 엘이디램프(30)를 통한 빛은 제2경사면(55-2)에서 일부 전반사되는 빛이 제 1경사면(55-1)에서 다시 전반사되어 해당 솔라셀(40)로 수직으로 제공하여 솔라셀(40)로의 수광에 의한 야간 축전이 이루어져 축전지(12)로의 축전이 야간에도 일부 이루어지도록 작용하여 축전 효율을 증대시킨다.
본원발명은 또한 도 7 에서와 같이 본체(52)의 원형 중심위치에서 경사확산선(67)으로 외경부가 넓어지도록 하여 차량이 주행하는 도로가 직선이 아닌 지그재그형 도로에서도 운전자 시야를 넓혀 발광 가능토록 하여 운저자가 잘 인식하도록 하였다. 동시에 경사확산면(66)에 의해 위로 갈수록 넓어지므로 역시 운전자의 시야각을 넓히도록 기능한다.
10;베이스 11;피시비기판 12;축전지 13;내장부재홈 14;수직홈 20;엘이디하우징 30;엘이디램프 40;솔라셀 50;커버렌즈 51;렌즈테두리 52;본체 55;엘이디수용홈 55-1;제1경사면 55-2;제2경사면 57;플래너렌즈부 58;볼록렌즈경사면 59;돌기 60;고정링 61;볼트공 62;볼트 63;렌즈공 64;상단고정링 65;링홈부 66;경사확산면 67;수평확산선

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 베이스(10)의 내장부재홈(13)에 엘이디하우징(20), 엘이디램프(30), 솔라셀(40)을 차례로 수용하고, 수용된 베이스(10) 상부는 커버렌즈(50)로 덮고, 커버렌즈(50)의 위로 볼록한 본체(52) 저면 양측은 엘이디수용홈(55)을, 본체(52) 태두리에는 노면과 일치하는 고정링(60)을 가지는 솔라 도로 표지병에서,
    커버렌즈(50)의 위로 볼록한 본체(52) 저면 전체에 엘이디수용홈(55)을 제외하고 일체로 형성하여 위로 볼록한 본체(52)에서 하루종일 태양빛을 일정하게 공급받아 솔라셀(40)로 수직으로 보내는 플래너렌즈부(57); 및
    플래너렌즈부(57) 저면에서 엘이디하우징(20) 내부 바닥에 플래너렌즈부(57) 크기로 수용되며 플래너렌즈부(57)에서 수직으로 집광되는 솔라셀(40)을 포함하여 구성하고;
    상기 엘이디수용홈(55) 대응 커버렌즈(50)에는 상면에서 고정링(60)을 향하도록 경사진 볼록렌즈경사면(58), 및
    엘이디의 길이방향으로 파인 제 1경사면(55-1)과, 엘이디의 볼록렌즈방향으로 파인 제 2경사면(55-2)으로 이루어진 엘이디수용홈(55)을 더 포함하고;
    상기 볼록렌즈경사면(58)은 외부로 볼록한 볼록면을, 제2경사면(55-2)은 엘이디수용홈(55)을 향하도록 내부로 볼록한 볼록면을 이루어 엘이디 빛이 제2경사면(55-2)에서 모아진 다음 볼록렌즈경사면(58)에서 10±1°범위로 띠를 이루어 집중발산되도록 구성한 것을 특징으로 하는 솔라셀로 발광하는 집중발광 엘이디 도로표지병.
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