KR20040019444A - 태양추적 반사거울방식 자연채광장치 - Google Patents

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KR20040019444A
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Abstract

본 발명은 태양추적 반사거울방식 자연채광장치에 관한 것으로, 그 목적은 건물의 일조권 확보와 보다 쾌적한 환경을 조성하고 조명 에너지절감을 이루기 위한 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 태양광을 집광하는 채광부와, 채광부의 1차반사판에서 반사된 태양광을 원하는 실내에 확산하는 2차반사판으로 이루어진 채광 장치에 있어서; 상기 채광 장치의 투명 돔형태의 채광부, 삼각 지지대에 의한 돔 내부 중앙에 설치하는 1차반사판, 1차반사판을 태양추적시키는 구동부, 돔 내부의 공기상승 및 습기 방지를 위한 삼각 지지대를 이용한 환기시설, 채광용 투명돔 외부 자동세척장치와 실외설치에 따른 우수의 배출장치와 상기 채광부를 건물에 설치하기 위한 1차설치대와, 채광부의 1차반사판에서 반사된 태양광을 원하는 실내에 확산하기 위해 제작된 다양한 형태의 반사곡면이 자동조절되는 2차반사판과 이것을 고정설치 시키는 2차반사판 설치대로 구성된 전송부 및 이를 받는 조사부로 구성되어진 것이다.

Description

태양추적 반사거울방식 자연채광장치 {Solar tracking reflector type daylighting apparatus}
본 발명은 태양추적 반사거울방식 자연채광장치에 관한 것이다.
(1)특수집광기를 활용한 자연채광장치는 지구온난화를 방지하고 에너지절약 및 지속가능한 건축을 위한 태양에너지 활용시스템의 하나로 앞으로 시스템의 도입 및 확대가 크게 기대되는 자연에너지 활용장치이다.
상기 특수집광기를 활용한 자연채광장치는 크게 3부분으로 구성된다. 즉, 센서나 프로그램에 의해 태양광을 추적하고 빛을 채광하는 추미 및 채광부와; 채광된 빛을 전송하는 전송부와; 그리고 실내공간에 전송된 태양광을 산란하는 조사부 등 세 유니트(unit)로 구성되어 있다.
1-1) 추미·채광부(追尾·採光部)는 태양광을 추적·집광하는 유니트로서 반사체는 일반적으로 거울을 이용한다.
태양광의 움직임에 따라 채광부를 추적하고 구동시킬 수 있는 추적제어장치는 태양의 위치를 예측할 수 있는 프로그램을 이용하여 제어하는 방식과 태양위치 검출센서를 사용하는 방식이 있다.
또한, 맑은 날에는 센서방식으로 제어하고 담천공 등 우천시에는 프로그램에 의해 자동적으로 작동을 정지하거나 태양의 위치를 계산하여 추적하는 방식이 병용되고 있다.
태양광 추미를 위한 채광부의 구동방식은 에너지를 절약하는 방향으로 연구가 진행되고 있으며, 보통 소형모터를 사용해 AV 100V에서 몇 W 정도의 작은 전력으로 움직인다. 또한, 태양전지 구동방식도 개발되고 있다.
채광부의 채광방식은 반사거울방식, 파라볼릭(parabolic)방식, 프리즘 굴절방식, 그리고 렌즈집광방식 등이 있다.
반사거울방식에서 사용되는 반사면은 접시형태로 제작되고, 마감은 얇은 유리 거울이나 은도금된 플라스틱 필름 등으로 처리한다.
1-2) 전송부(傳送部)는 특수집광기를 이용한 자연채광장치는 전송방식에 따라 광섬유방식, 공중전송방식, 반사거울 덕트방식으로 구분된다. <표 1 참조>
상기 광섬유방식은 집광된 태양광을 광섬유 케이블을 이용하여 필요한 곳에 보내는 전송장치이다. 특히 자외선, 적외선, 열선 등 인체에 유해한 성분을 제거하고 인체나 식물 등에 유익한 가시광 만을 전송하는 방식으로 실용화된 장치 중 가장 우수하지만 가격이 비싼 단점이 있다. 태양광의 산광부의 설치장소는 아무런 제한이 없다.
상기 공중전송방식은 고 반사율의 거울을 사용하여, 빛을 일정한 각도로 실내에 보내도록 된 장치로서, 시공이 간단하며 가격이 싸고 비교적 높은 채광효율로 실내를 채광할 수 있다. 채광된 태양광은 반사율이 높은 여러 개의 반사거울을 사용하여 원하는 곳으로 보내어지며 맑은 날에는 수조면의 평균조도가 5,000룩스 정도까지 가능하다. 그러나, 이 방식은 시공이 간단하나, 사용범위가 제한되는 단점이 있다.
상기 반사거울 덕트방식은 집광된 태양광을 내부가 반사율이 높은 거울면 모양의 스텐레스 튜브나 금속제 사각형 덕트를 통하여 원하는 곳에 빛을 비추게 하는 것이다. 값이 싸나 자연광의 유입이 실내의 근거리나 지하공간에 제한된다. 덕트의 굴곡부에는 고 반사율 거울을 써서 광축(光軸)을 변경하고, 덕트의 분기부에서는 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 거울을 사용해 자연광의 분기를 조절한다. 반사거울 덕트는 설치 후에 쉽게 변경할 수 없기 때문에 설계단계에서 시스템을 충분히 고려할 필요가 있다.
<표 1> 전송방식에 따른 자연채광 방식의 특징
구 분 광섬유방식 공중전송방식 반사거울 덕트방식
채광방법 광학렌즈 사용 반사거울 사용 자연채광, 반사거울 사용
채광장소 옥상, 그 외 일조장소 옥 상 남측면 또는 옥상
채광시간 일조시간 중에 가능 일조시간 중에 가능제한있음 일조시간 중에 가능 제한
전송방식 옥 내 실내, 발코니, 기타 발코니 실내(근거리)
옥 외 정원, 건물의 북측 정 원 X
지 하
수 중 X X
전송광 빛의 질 유익한 가시광 자외, 적외선 포함 자외, 적외선 포함
분 배 X
투 사 확산, 평행, 집중광 확산, 집중광 확산광
설치면적
효율 옥 내
옥 외 -
투시기구 다 종 단 일 단 일
[범례] ◎ : 최적 ○ : 적당 ▽ : 검토 X : 부적당
1-3) 조사부(照射部)는 전송부로부터 전송된 태양광을 직접 또는 거울이나 렌즈 등을 사용하여 실내로 산광시키는 광원부분으로서, 직선적인 빛을 다양한 배광의 빛으로 변화시키는 것이 가능하다. 또한, 조사부는 확산 및 스포트(spot) 조명이 가능하고, 색필터 등을 사용하여 조명광의 색을 보다 다양하게 변화시킬 수 있다.
태양광에 의한 조도가 부족한 경우, 조도센서를 사용하여 자동적으로 인공광을 점등할 수 있도록 인공광과의 통합설계가 필요하다. 특히, 광섬유 전송방식의경우에는 조사부에 임의의 조명장치를 부착하는 것이 쉬우며, 실내 국부조명 및 전반조명이 가능하다.
(2) 반사거울방식 자연채광장치의 종류와 특징
현재 개발되어 건축에서 사용되고 있는 특수집광기를 활용한 자연채광장치는 주로 채광방식에 의해 분류할 수 있으며 반사거울 방식, 프리즘(광 파이프) 방식, 프리즘·거울 병용방식 그리고 렌즈·광섬유 방식 등이 있다. <표2>
<표 2> 자연채광장치의 종류
전송방식채광방식 공중전송 덕트 2차 반사거울 광섬유
반사거울
프리즘
프리즘·거울
렌즈
2-1) 반사거울방식
반사거울방식은 태양추적을 수행하는 고반사율의 평면 또는 곡면거울 등을 이용하여 태양광을 소정의 장소로 전달하는 방식이다. 필요에 따라 2차 반사거울을 사용하며 보통 빛의 직진성을 이용하여 공중전송 방식으로 빛을 전달하며, 비교적 장거리의 조사도 가능하다. 그러나, 정밀한 조사위치의 조절이 어려워 보통 조사거리는 30m이내가 바람직하다.
반사거울방식을 이용하여 빛을 장거리로 조사하기 위하여는 빛을 조사하려는장소에 정확히 빛을 유도하기 위하여 높은 시공상의 정확성과 주의가 필요하다. 또한, 반사거울의 특성으로 인해, 태양 고도가 높으면 거울의 반사면적이 작아지므로, 태양고도가 높은 하기나 태양 남중시의 자연채광량은 크게 저하될 수 있다.
반사판으로 구성되는 채광부는 입사되는 태양광을 조명이 요구되는 지역으로 반사시키기 위하여 한 개 또는 여러 개의 거울을 사용하며, 반사거울 위치 제어시스템에 의하여 거울에 반사되는 태양광이 항상 일정한 각도로 실내를 비출 수 있도록 되어 있는 장치이다.
반사판 방식의 자연채광장치는 건물 밖 또는 건물의 외벽 등에 설치할 수 있고, 따라서 건축적인 측면에서 시공이 간단한 장점을 가지고 있다. 그러나 반사판 방식의 자연채광장치는 지하실과 같은 공간으로의 조명이 비교적 어려우며, 따라서 응용범위가 좁은 단점을 가지고 있다.
현재 미국, 일본 및 유럽(독일 및 스위스)에서 상용화되어 있는 반사판 방식의 자연채광장치는 일반적으로 헬리오스타트(heliostat) 방식의 태양추적장치에 의한 태양추적을 수행하며, 프로그램식과 센서식을 병행하여 사용하는 혼합식 태양추적시스템을 사용하고 있다.
(반사판 방식의 자연채광장치)
(3) 외국 개발현황
3-1)유럽
유럽에서 개발된 특수집광기를 활용한 자연채광장치는 일반적으로 반사거울 방식, 광 파이프 방식 및 헬리오스타트(heliostat)로 태양광을 집광하는 방식이 적용되고 있다. 개발된 특수집광기를 활용한 자연채광장치는 <표 3>과 같다.
반사거울방식의 경우, 주로 주거 및 업무시설에 적용되며 아트리움, 지하공간 또는 인접건물 등에 부족한 자연광을 공급하여 식재육성 및 채광의 목적으로 활용되고 있다.
<표 3> 유럽의 자연채광장치 특징
채광방식 제 품 명 개발회사 특 징
반사거울방식 Solar mirrorsystem KUZELKA inAustria -신축 또는 기존건물 적용가능-약 100룩스 이상 조도 제공
광 파이프방식 Solar tubesystem Solar globalin Austria -적외선 없는 가시광선만 유입-2,300∼8,200루멘 제공-식재육성 가능
Sunpipesystem Jade Mountain inEngland -신축 및 기존주택 적용가능-확산광 유입-식재육성 가능
Sunstarsystem Siemens Solarin Germany -자외선 유입 차단-작은 설치공간과 식재육성 가능
헬리오스타트방식 Parabolicsystem Sandia NationLab. in USA -대규모 상업용 건물 적용-집광부는 거울 또는 유리타일 사용-광섬유를 이용하여 빛 전송-식재육성 가능, 전력생산용으로 활용
Heliobussystem Heliobus AGin Switzerland -대규모 상업용 건물 적용-라이트 가이더(light guider)로 빛 전송-식재육성 가능
3-2) 일본
일본에서 개발된 특수집광기를 활용한 자연채광장치는 반사거울방식, 프리즘방식, 프리즘·거울 병용방식 및 렌즈·광섬유방식이 개발되어 있다.
개발된 자연채광장치는 1984년에 처음 도입된 이후, 서서히 보급되어, 1999년까지 전국적으로 약 3900대가 보급되어있다. 채광방식별 보급현황은 반사거울방식 15%, 프리즘방식 28%, 프리즘·거울 병용방식 6%, 그리고 렌즈·광섬유방식 51%로 렌즈·광섬유방식의 보급대수가 많아지고 있다. <표 4>
<표 4> 일본의 자연채광장치 종류 및 보급현황
채 광 방 식 보급율 제 품 명 개 발 회 사
반사거울방식 15%, 네츄라이트(natulite) TECNET
자연채광시스템 마츠시타전공(松下電工)
프리즘방식 28% 솔라이트(solite) 산요전기(三洋電機)
프리즘·거울병용방식 6% 솔라리스(solaris) 료코(菱晃)
렌즈·광섬유방식 51% 히마와리(Himawari) 라포레 엔지니어링(Lafore Engineering)
상기에서 살펴본 바와 같이 반사판 방식의 자연채광장치는 건물 밖 또는 건물의 외벽 등에 설치할 수 있고, 따라서 건축적인 측면에서 시공이 간단한 장점을 가지고 있지만, 기존 반사거울방식은 빛을 장거리로 조사하기 위해서는 빛을 조사하려는 장소에 정확히 빛을 유도하기 위한 높은 시공상의 정확성과 주의가 필요하고, 반사거울의 특성으로 인해 태양 고도가 높으면 거울의 반사면적이 작아지므로, 태양고도가 높은 하기나 태양 남중시의 자연채광량은 크게 저하될 수 있다는 단점이 있다.
또한 태양광의 조명이 필요한 면적과 태양추적장치와의 거리에 따라서 피조면의 조사면적이 다르게 되는 것을 단점이 있어 이를 방지하기 위해서 각각의 설치거리에 따라서 반사판의 가공을 다르게 해야 하는 번거로움과 원가상승 등의 문제점 등이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 건물의 일조권 확보와 보다 쾌적한 환경을 조성하고 조명 에너지절감을 이루기 위한 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적은 태양광 추미·채광부에서 태양의 위치를 계산할 수 있는 프로그램을 이용하여 제어하는 방식과 태양위치 검출센서를 사용하는 방식을 혼합한 태양추적제어장치와 소형모터로 구동축에 수직배열된 감속기어를 구동하도록 개선한 구동부와,
또한, 기존 제품들에는 없는 채광돔 외부표면의 대기 먼지나 오염물질 부착에 의한 투과율 저하를 방지하기 위한 자동세척장치와 채광돔 내부의 온도상승 및 습기제거를 위한 1차 반사판용 삼각 지지대를 이용한 환기팬을 외부전원이 필요 없이 태양광 발전으로 작동되도록 구성한 장치와,
태양광의 조명이 필요한 면적과 태양추적장치와의 거리에 따라서 피조면의 조사면적이 다르게 되는 것을 방지하기 위해 얇은 금속판(알루미늄, 스테인레스 등)으로 제작하여 표면을 반사보호코팅 처리한 1차반사판과 2차반사판으로 구성하고 2차 반사판의 반사곡면을 자동으로 조절할 수 있도록 한 장치와,
상기 1차반사판에서 반사된 태양광을 공중전송하여 직접 조사하거나 2차반사판으로 보내기 위해 건물외벽이나 건물 밖에 1차, 2차반사판을 설치할 수 있도록 구성한 태양추적 반사거울방식 2차 반사판 설치대와,
사용자가 원하는 장소의 조도를 항상 일정하게 유지하도록 이동식 조도계를 실내에 설치하고 무선통신에 의하여 실내에 설치되어있는 인공광(조명기구)의 조도를 조절하도록 구성한 조사부를 제공함으로서 달성된다.
도 1은 본 발명 전체 구성도,
도 2는 본 발명 채광부 상세도,
도 3a는 본 발명 1차 반사판 설치 상세도,
도 3b는 본 발명 2차 반사판의 설치 상태도,
도 4는 본 발명 1차 반사판 지지대 상세도,
도 5는 본 발명 구동부 상세도,
도 6은 본 발명 채광돔 자동세척장치 상세도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 채광부 (2) : 전송부
(3) : 조사부 (11) : 돔
(12) : 구동부 (13) : 1차 반사판
(14) : 삼각 지지대 (15) : 환기팬
(16) : 채광부 설치대 (17) : 자동세척장치
(18) : 자동세척장치 지지대 (19) : 제어기
(20) : 우수 배출장치 (21) : 2차 반사판
(22) : 2차반사판 설치대 (23) : 2차반사판 걸이
(24) : 2차 반사판 고정장치 (25) : 2차 반사판 고정걸이
(26) : 자동조도조절장치 (27, 27') : 모터
(28) : 감속기어
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 건물 상단 북쪽에 설치되어 태양을 추적하면서 태양광을 집광하는 채광부와, 채광부의 1차 반사판에서 반사된 태양광을 원하는 실내에 확산하는 2차 반사판으로 이루어진 전송부로 이루어진 채광장치에 있어서;
상기 채광부(1)의 전체 외부를 투명 돔(11) 형태로 구성하고, 그 내부에 삼각 지지대(14)에 의한 돔(11) 내부 중앙에 설치하는 1차 반사판(13)과, 1차 반사판(13)을 구동시켜 태양추적시키는 구동부(12)와, 상기 돔(11) 내부의 공기온도 상승 및 습기 방지를 위하여 구동부(12) 및 삼각 지지대(14)를 이용한 환기팬(15)과, 투명 돔(11) 외부에 위치하여 자동세척장치 지지대(18)에 설치되는 자동세척장치(17)와 실외 설치에 따른 우수의 배출장치(20)와, 상기 각 장치를 건물에 설치하기 위한 채광부 설치대(16)로 구성되는 채광부(1)와;
채광부(1)의 1차 반사판(13)에서 반사된 태양광을 원하는 실내에 확산하기 위해 제작된 다양한 형태의 반사곡면이 자동조절되는 2차 반사판(21)과, 이 반사판을 고정 설치되는 2차 반사판설치대(22)로 구성된 전송부(2)와;
상기 전송부(2)로부터 빛을 전송받는 인공광(조명장치)의 조도를 조절하도록 실내에 설치된 자동조도조절장치(26)가 설치된 조사부(3)로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 채광부(1)는 태양광 전원에 의해 작동되는 자동세척장치(17)가 돔(11) 상부 외부에 위치한 자동세척장치 지지대(18)에 부착되어 정기적으로 세척제와 공기를 돔(11) 주위를 회전하면서 분사하도록 구성되고 , 돔(11) 하부에는 채광부 설치대(16)에 고이는 우수를 배출하는 장치를 설치 구성한다.
상기 1차 반사판(13)과 2차 반사판(21)은 얇은 금속판(알루미늄, 스테인레스 등)으로 제작하여 표면을 반사보호코팅 처리하고, 다양한 형태의 2차 반사곡면을 위해 2차 반사판이 고정되는 2차반사판 걸이(23)의 양단에 있는 2차 반사판 고정장치(24) 및 이를 고정하는 2차 반사판 고정걸이(25)를 상하나 좌우로 길이를 변화시켜 곡면을 조절하여 반사면적 즉 조사면적을 자유로이 조절 하도록 구성한다.
상기 채광 돔(11) 내부의 공기온도 상승 및 습기 방지를 위해 1차 반사판(13)과 구동부(12)를 지지하는 삼각 지지대(14)를 원통관으로 제작하여 상부와 하부를 통기시키고 하부입구에 태양광 전원에 의해 자동조절되는 환기팬(15)과 습기제거를 위한 흡착제(29)를 삽입한다.
상기 구동부(12)는 삼각 지지대(14)에 수직으로 상부로부터 하향 설치되어 고도각과 방위각을 추적하는 소형 구동모터(27, 27'), 구동축에 수직 배열된 감속기어(28)를 구동하도록 구성하고,
상기 구성의 구동을 제어하기 위하여 채광 돔(11) 내부에서의 1차 반사판(13)의 최대면적 확보와 정밀한 태양추적을 위해 태양의 위치를 예측할 수 있는 프로그램을 이용하여 제어하는 방식과 태양위치 검출센서를 사용하는 방식을 혼합한 즉, 마이크로프로세서를 전용제어기로 사용하여 서보모터제어기 및 태양센서 등으로 구성, 마이크로프로세서에서 실시간 연산이 가능하며 태양의 방위각 및 고도각에서 각각 ±0.01°의 오차 범위를 갖는 태양의 위치 계산한 후 서보모터를구동시킨 후 태양센서에서 오는 입력으로 보정하면서 태양 추적하는 태양추적제어기(19)로 제어하도록 구성한다.
상기 자동조도조절장치는 전송부(2)로부터 전송되는 태양광이 최종 조사되는 장소의 조도를 항상 일정하게 유지하도록 이동식으로 실내에 설치하여 채광부(1) 돔(11) 내부에 태양센서와 같은 위치에 설치되는 센서와 연결된 무선통신에 의하여 실내에 설치되어있는 인공광(조명기구)의 조도를 조절하도록 구성한다.
이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 전체 구성도, 도 2는 본 발명 채광부 상세도, 도 3a는 본 발명 1차 반사판의 설치 상세도, 도 3b는 본 발명 2차 반사판의 설치 상세도, 도 4는 본 발명 1차 반사판 지지대 상세도, 도 5는 본 발명 구동부 상세도, 도 6은 본 발명 채광용 돔 자동세척장치 상세도를 도시하고 있는데,
본 발명 태양추적 반사거울방식 자연채광장치는 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 1차 반사판(13) 및 이를 내장한 돔(11)을 포함한 채광부(1)와;
채광부(1)에서 집광된 빛을 받아 실내로 자유로이 유도하여 실내로 확산시킬 수 있는 2차 반사판(21)과 2차반사판 설치대(22)로 이루어진 전송부(2); 및
상기 전송부(2)로부터 빛을 전송받는 인공광(조명장치)의 조도를 조절하도록 실내에 설치된 자동조도조절장치(26)가 설치된 조사부(3)로 구성되어 있다.
보다 자세히 설명하자면 다음과 같다.
상기 건물 상단 북쪽에 설치되어 태양을 추적하면서 태양광을 집광하는 채광부(1)는 채광 장치의 상부 전체 외부투명 돔(11)과 채광용 투명 돔(11) 외부에 자동세척장치 지지대(18)에 설치되는 자동세척장치(17)가 설치되고, 삼각 지지대(14)에 의한 채광 돔(11) 내부 중앙에 설치하는 1차 반사판(13)은 태양추적장치에 의한 구동장치로 태양광을 반사시켜, 반사된 태양광을 채광부(1) 하단의 투과창을 통하여 원하는 조사부(3)에 직접 산광시키거나 원하는 실내에 확산시키기 위해 건물 외벽이나 밖에 독립적으로 세워진 2차 반사판(21)에 조사하도록 구성되어 있다.(추적정밀도 최대 0.2°이내, 추적제어 신호 정밀도 최대 0.1°이내, 최대회전속도 : 80°/시간이내, 소모동력: DC 모터 각축 최대 20W이하)
상기 채광 돔(11) 외부표면의 대기 먼지나 오염물질 부착에 의한 투과율 저하를 방지하기 위해 태양광전원에 의해 작동되는 돔(11) 상부에 자동세척장치 지지대(18)에 자동세척장치(17)를 부착하여 정기적으로 세척제와 공기를 돔(11) 주위를 회전하면서 분사할 수 있도록 하였고, 돔(11) 하부에는 채광부 설치대(16)에 고이는 우수를 배출하는 우수 배출장치(20)를 설치하였다.
상기 채광 돔(11) 내부의 공기온도 상승 및 습기 방지를 위해 1차 반사판(13)과 구동부(12)를 지지하는 삼각 지지대(14)를 원통관으로 제작하여 상부와 하부를 통기시키고 하부입구에 태양광 전원에 의해 자동조절되는 환기팬(15)과습기제거를 위한 흡착제(29)를 삽입하였다.
상기 채광부(1)의 1차 반사판(13)(고온 표면보호 반사코팅, 반사율 94%이상)에서 태양고도 상승에 따른 반사면적의 감소와 정밀시공상의 어려움를 해결하고, 2차 반사판(21)(부식방지 표면보호 반사코팅, 반사율 94%이상)에서는 반사된 태양광을 원하는 실내에 확산하기 위해 제작된 다양한 형태의 반사곡면이 자유로이 조절되도록 하였다.
상기 2차 반사판(21)을 자유로이 조절하는 방법은 다양한 형태의 2차 반사곡면을 위해 2차 반사판이 고정되는 2차반사판 걸이(23)의 양단에 있는 2차 반사판 고정장치(24) 및 이를 고정하는 2차 반사판 고정걸이(25)를 상하나 좌우로 길이를 변화시켜 곡면을 조절하여 반사면적 즉 조사면적을 자유로이 조절하면 된다.
상기 채광 돔(11) 내부에서의 1차 반사판(13)의 최대면적 확보와 정밀한 태양추적을 위해 태양의 위치를 예측할 수 있는 프로그램을 이용하여 제어하는 방식과 태양위치 검출센서(태양위치판별오차 최대 0.1°이내)를 사용하는 방식을 혼합한 태양추적제기로 삼각 지지대(14)에 수직으로 상부로부터 하향 설치된 소형 구동모터(27, 27')로 구동축에 수직배열된 감속기어(28)를 구동하도록 하였다.
상기 추적제어기(19)는 마이크로프로세서를 전용제어기로 사용하여 서보모터제어기 및 태양센서 등으로 구성하여, 마이크로프로세서에서 실시간 연산이 가능하며 태양의 방위각 및 고도각에서 각각 ±0.01°의 오차 범위를 갖는 태양의 위치계산한후 서보모터를 구동시킨 후 태양센서에서 오는 입력으로 보정하면서 태양 추적하도록 구성된다.
사용자가 원하는 경우 태양광이 최종 조사되는 장소의 조도를 항상 일정하게 유지하도록 이동식 자동조도조절장치(조도계-26)를 실내에 설치하여 무선통신에 의하여 실내에 설치되어있는 인공광(조명기구)의 조도를 조절하도록 하였다.(조도 변화 최대허용오차 : 설정치 3%이내)
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상기와 같은 본 발명은 자연에너지를 최대로 활용한 저가의 첨단장치로 실내 및 음영지역의 쾌적한 환경 조성은 물론 국가적 에너지 절약을 도모할 수 있는 발명으로 그 산업상 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims (6)

  1. 건물 상단 북쪽에 설치되어 태양을 추적하면서 태양광을 집광하는 채광부와, 채광부의 1차 반사판에서 반사된 태양광을 원하는 실내에 확산하는 2차 반사판으로 이루어진 전송부로 이루어진 채광장치에 있어서;
    상기 채광부(1)의 전체 외부를 투명 돔(11) 형태로 구성하고, 그 내부에 삼각 지지대(14)에 의한 돔(11) 내부 중앙에 설치하는 1차 반사판(13)과, 1차 반사판(13)을 구동시켜 태양추적시키는 구동부(12)와, 상기 돔(11) 내부의 공기온도 상승 및 습기 방지를 위하여 구동부(12) 및 삼각 지지대(14)를 이용한 환기팬(15)과, 투명 돔(11) 외부에 위치하여 자동세척장치 지지대(18)에 설치되는 자동세척장치(17)와 실외 설치에 따른 우수의 배출장치(20)와, 상기 각 장치를 건물에 설치하기 위한 채광부 설치대(16)로 구성되는 채광부(1)와;
    채광부(1)의 1차 반사판(13)에서 반사된 태양광을 원하는 실내에 확산하기 위해 제작된 다양한 형태의 반사곡면이 자동조절되는 2차 반사판(21)과, 이 반사판을 고정 설치되는 2차 반사판설치대(22)로 구성된 전송부(2)와;
    상기 전송부(2)로부터 빛을 전송받는 인공광(조명장치)의 조도를 조절하도록 실내에 설치된 자동조도조절장치(26)가 설치된 조사부(3)로 구성된 것을 특징으로 하는 태양추적 반사거울방식 자연채광장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 채광부(1)는 태양광 전원에 의해 작동되는 자동세척장치(17)가 돔(11) 상부 외부에 위치한 자동세척장치 지지대(18)에 부착되어 정기적으로 세척제와 공기를 돔(11) 주위를 회전하면서 분사하도록 구성되고 , 돔(11) 하부에는 채광부 설치대(16)에 고이는 우수를 배출하는 장치(20)를 설치 구성하는 것을 특징으로 하는 태양추적 반사거울방식 자연채광장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 반사판(13)과 2차 반사판(21)은 얇은 금속판(알루미늄, 스테인레스 등)으로 제작하여 표면을 반사보호코팅 처리하고, 다양한 형태의 2차 반사곡면을 위해 2차 반사판이 고정되는 2차반사판 걸이(23)의 양단에 있는 2차 반사판 고정장치(24) 및 이를 고정하는 2차 반사판 고정걸이(25)를 상하나 좌우로 길이를 변화시켜 곡면을 조절하여 반사면적 즉 조사면적을 자유로이 조절 하도록 구성한 것을 특징으로 하는 태양추적 반사거울방식 자연채광장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 채광 돔(11) 내부의 공기온도 상승 및 습기 방지를 위해 1차 반사판(13)과 구동부(12)를 지지하는 삼각 지지대(14)를 원통관으로 제작하여 상부와 하부를 통기시키고 하부입구에 태양광 전원에 의해 자동조절되는 환기팬(15)과 습기제거를 위한 흡착제(29)를 삽입한 것을 특징으로 하는 태양추적 반사거울방식 자연채광장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부(12)는 삼각 지지대(14)에 수직으로 상부로부터 하향 설치된 소형 구동모터(27, 27') 구동축에 수직 배열된 감속기어(28)를 구동하도록 구성하고,
    상기 구성의 구동을 제어하기 위하여 채광 돔(11) 내부에서의 1차 반사판(13)의 최대면적 확보와 정밀한 태양추적을 위해 태양의 위치를 예측할 수 있는 프로그램을 이용하여 제어하는 방식과 태양위치 검출센서를 사용하는 방식을 혼합한 즉, 마이크로프로세서를 전용제어기로 사용하여 서보모터제어기 및 태양센서 등으로 구성, 마이크로프로세서에서 실시간 연산이 가능하며 태양의 방위각 및 고도각에서 각각 ±0.01°의 오차 범위를 갖는 태양의 위치 계산한 후 서보모터를 구동시킨 후 태양센서에서 오는 입력으로 보정하면서 태양 추적하는 태양추적제어기(19)로 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 태양추적 반사거울방식 자연채광장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 자동조도조절장치는 전송부(2)로부터 전송되는 태양광이 최종 조사되는 장소의 조도를 항상 일정하게 유지하도록 이동식으로 실내에 설치하여 채광부(1) 돔(11) 내부에 태양센서와 같은 위치에 설치되는 센서와 연결된 무선통신에 의하여 실내에 설치되어있는 인공광(조명기구)의 조도를 조절하도록 구성한 것을 특징으로 하는 태양추적 반사거울방식 자연채광장치.
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