KR20100009093U - 광섬유를 이용한 태양 광 조명시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양 빛이 존재하는 낮에 태양 광을 이용하여 사무실 내 형광등과 같은 종래의 조명을 대체할 수 있는 광섬유를 이용한 태양 광 조명시스템에 관한 것이다.

종래에는 태양전지를 이용, 전기를 생산하여 조명을 밝힐 수 있었지만, 종래의 태양전지는 대용량의 빛을 생산할 수 있는 전기를 생산하기 위해서는 대형전지판이 필요하며, 아직은 대용량의 전기를 생산하기에는 기술개발이 더욱 절실히 요구된다. 이에 본 고안은 태양 광을 이용하여 전기를 이용하지 않고, 태양 광을 직접 입수하여, 태양 광의 빛을 광섬유소자를 통해 직접 사무실 내로 빛을 전달하는 것이 목적이다. 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 태양 광 집광 부(101,201), 태양 광 수광 부(106,205), 태양 광 반사 부(102,203), 태양 광 전달 부(105,206))로 구성되어 있으며, 이것은 빌딩이나 관공서 같은 건물에 형광등을 대체하여, 친환경에너지 절약형 조명시스템을 실시할 수 있다.

본 고안의 효과는 태양 광이 존재하는 한낮에 항상 조명이 필요한 관공서, 빌딩같은 건물에 종래의 조명시스템과 병행 또는 단독 사용하여, 에너지 비용을 대폭 절감할 수 있고, 향후 조명시스템 전용 광섬유가 개발 또는 기술이 발전하게 되면 태양이 존재하는 낮에 단독으로도 충분한 조도의 조명이 가능할 것이라 예견된다.

태양, 조명, 광섬유, 조도

Description

광섬유를 이용한 태양 광 조명시스템{The solar illumination system which uses the optical fiber}

본 고안은 태양 빛이 존재하는 낮에 태양 광을 이용하여 사무실 내 형광등과 같은 종래의 조명을 대체할 수 있는 광섬유를 이용한 태양 광 조명시스템에 관한 것이다.

종래의 관공서나 사무실 내에 조명은 대부분 형광등과 같은 전기를 사용하는 것이었다. 전기는 화석연료나, 원자력 같은 동력원이 필요하며, 이러한 전기를 사용하여 조명을 이용하기 위해서는 많은 비용이 수반된다. 또한, 태양 광으로부터 전기를 생산할 수 있는 태양전지는 면적당 전기용량이 작아서 대용량 조명에 이용하기 위해서는 설치면적 및 설치비용이 비싼 것이 단점으로 지적된다. 이에 본 고안은 태양전지를 이용하지 않고, 한낮에 태양 광을 직접입수하여 광섬유를 통해 태양 광을 사무실로 전달하는 조명시스템을 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 고안은 종래의 조명시스템의 에너지 비용을 절감하기 위하여, 태양 광 집광장치와 조명용 광섬유소자를 이용하여 태양이 존재하는 한낮에 태양 광 집광장치로 태양 광을 직접입수하여 수광 렌즈에 의해 광섬유 코어 중심 측으로 빛을 조사하게 되면, 빛은 코어 내부에서 클래딩(Cladding)에 의해 전반사 되어 코어 측면으로 빛을 내는 것을 특징으로 한다. 본 고안에서 광섬유 소자는 통상적인 지식을 가진자의 이해를 돕기 위해 수광 렌즈 하나에 현재시중에 출시되는 광섬유를 여러 개의 선을 한 묶음으로 하여 그림에 도시하였으며, 향후 조명전용 광섬유가 개발된다면, 수광 렌즈 하나에 조명용 광섬유 하나를 설치하는 것이 더 바람직한 실시 예가 될 것이다. 그러므로 본 고안은 광섬유를 이용하여, 한낮에 조명이 필요한 관공서나 사무실 내에 비용을 절감할 수 있는 태양 광 조명시스템을 실시하는데 있어서 친환경 에너지원인 태양 광을 직접입수하여 태양 광 조명시스템을 구현하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 직접식 조사방식(도 1)과 간접식 조사방식(도 2)의 집광장치로 나누게 되며, 집광장치의 구성요소는 태양 광을 모으는 집광 부(101, 201), 태양 광을 광섬유 관 중심부로 빛을 조사하는 수광 부(106,205), 빛을 수광 렌즈로 집중하기 위해 설치되는 반사 부(102,203), 빛을 실내에까지 전달하기 위해 광섬유 관으로 연결되어있는 전달 부(105,206)로 구성되어있다. 또한, 직접식 조사방식과 간접식 조사방식의 차이는 간접식 조사방식에서는 직접식 조사방식에 없는 접시모양의 반사 부(203)가 있으며, 집광 부에서 입수된 빛을 접시모양의 반사 부에서 빛을 한번 굴절 반사시켜 집광 부 원둘레의 수광 부(205) 중심에 설치된 측면 수광 렌즈(202)로 빛이 집중되어 그 빛은 다시 광섬유 중심 코어로 조사되어 광섬유 측면으로 발광하여 조명시스템이 되는 것이다. 여기서 중요한 것은 수광 렌즈(202)와 광섬유 관다발 사이에 초점 및 거리는 광섬유 밝기를 결정하는데 중요한 역할을 하므로 통상적인 지식을 가진자가 본 고안을 실시하고자 할 때 주의를 해야한다. 참고로 조명용으로 사용하는 광섬유소자(104,204)는 측면으로 빛을 낼 수 있는 사이드방식의 광섬유 소자를 사용하게 되며, 이것은 평면형 조명이나, 환형조명용(도 5) 등 여러 종류의 조명이 가능하며, 특히 수광 렌즈와 광섬유 소자 사이에 특정필터(도면생략)를 설치하여, 특정파장만 들어오게 한다면, 여러 가지 색깔의 태양 광 조명도 가능한 것이 본 고안의 특징이다.

본 고안의 태양 광 조명 시스템은 태양 광을 직접 입수하여 관공서나, 사무실 내로 빛을 전달하므로 에너지 비용이 현저히 절감되며, 또한, 수광 렌즈 후단에 특정 파장의 필터를 설치한다면 빛 중의 특정색깔만을 조명으로 이용할 수 있다는 장점이 있으며, 한낮에도 항상 조명을 사용하는 공장, 빌딩, 관공서, 학교 등에 본 고안의 조명시스템을 설치하게 되면 태양이 존재하는 날에는 전기를 사용하지 않고도 실내조도를 일정하게 유지할 수 있다는 장점이 있다.

본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 설명하면 다음과 같다.

도 1은 직접식 조사방식의 집광장치(도 1)를 나타낸 사시 도이다.

도시한 바와 같이 직접식 조사방식의 집광장치는 구 모양의 집광 부(101)를 갖추고 있으며, 집광 부를 구모양으로 하는 이유는 집광 부를 움직이지 않고도 태양의 위치에 상관없이 태양 광을 쉽게 입수할 수 있다는 장점이 있으며, 또한, 구모양의 원둘레에는 알루미늄과 같은 금속코팅을 한 반사소재로 하여금 집광장치 내부로 들어온 빛을 수광 부로 최대한 집중할 수 있도록 하는 고깔모양의 반사 부(102)와 다수의 수광 렌즈와 광섬유 관을 세트로 구성되어 빛을 받아들이는 수광 부(106), 광섬유 관 다발 이 다수 구성되어 빛을 전달하는 전달 부(105), 입수된 빛을 직접 광섬유 코어 중심으로 빛을 조사하는 수광 렌즈(103), 수광 렌즈를 통과하여 온 빛을 코어중심에서 전 반사되어 코어 측면으로 빛을 발광하는 광섬유소자(104)로 구성되어 있다. 여기서 광섬유 관 중심부와 수광 렌즈의 초점 및 거리는 광섬유의 빛을 내는데 가장 중요한 역할을 하며, 수광 렌즈와 광섬유 사이에 특 정 파장만을 선택하여 조사할 수 있는 필터를 설치하게 된다면 특정색깔의 태양 광 조명시스템 실시도 가능하다.

도 2는 간접식 조사방식의 집광장치를 나타낸 사시 도이다.

도시한 바와 같이 간접식 조사방식의 집광장치(도 2)는 구 모양의 집광 부를 갖추고 있으며, 고깔모양의 그 중심부 둘레에 수광 렌즈와 광섬유 관이 세트로 다수 구성된 전달 부(206)를 설치하고, 집광 부에 의해 집광장치 내부로 들어온 빛을 금속 코팅된 접시모양의 반사 부(203)에 의해 집광 부 원둘레로 설치된 수광 부(205)로 굴절 반사시켜 수광 렌즈를 통해 광섬유 코어 중심부에 빛을 조사하는 것으로서, 이것의 장점은 직접식 조사방식의 집광장치보다 수광 렌즈(202)에 태양열로 인해 가열을 방지할 수 있지만, 통상적인 지식을 가진자가 실시를 하고자 할 때는 수광 렌즈(202)에 빛이 최대한 조사할 수 있는 임계각 등을 고려하여 설계할 필요가 있다. 그리고 간접식 조사방식의 집광장치도 직접식과 마찬가지로 수광 렌즈의 초점과 수광 렌즈와 광섬유 사이의 거리가 중요하며, 수광 렌즈와 광섬유 사이에 특정 파장만을 선택하여 조사할 수 있는 필터를 설치하게 된다면 특정색깔의 태양 광 조명시스템 실시도 가능하다.

도 3은 직접식 조사방식의 빛의 경로를 나타낸 개략도이다.

도시한 바와 같이 빛이 집광 부(101)에 도달되면, 구모양의 집광 부로부터 빛의 경로가 수광 렌즈(103)로 빛이 집중되어, 수광 렌즈(103) 및 수광 부 일부에서 반사된 빛은 다시 집광 부 원둘레로 설치된 고깔모양의 반사 부(102)에 의해 재반사되어 수광 부(106)에 최대한 빛이 집중되도록 되어있다. 이렇게 집중된 빛은 수광 렌즈(103)의 초점으로 인해 빛을 광섬유 관(104) 중심부에 조사하게 되고, 측면 발광방식의 광섬유 관은 코어 내부에서 전반사 되어 태양 광 빛을 발산하면서 빛을 전달하여 조명역할을 하도록 되어있다. 그러므로 광섬유 관의 분포 및 길이에 따라 사무실 내 조도를 충분히 유지할 수 있으며, 향후 조명전용 광섬유가 개발된다면 태양 광 조명장치의 수요는 폭발적으로 증가할 것으로 기대된다.

도 4는 간접식 조사방식의 빛의 경로를 나타낸 개략도이다.

도시한 바와 같이 빛이 집광 부(201)에 도달되면, 구모양의 집광 부로부터 빛의 경로가 접시모양의 반사 부(203)로 모이게 되며, 이러한 반사 부는 다시 측면 고깔모양의 중심둘레에 설치된 수광 렌즈(202)로 굴절 반사시켜 빛을 보내어 수광 렌즈로 빛을 집중하게 되고, 수광 렌즈 및 수광 부(205) 일부에서 반사된 빛은 반사 부(203)에 의해 재반사되어 수광 부에 최대한 빛이 집중되도록 되어있다. 이렇게 집중된 빛은 수광 렌즈의 초점으로 인해 빛을 광섬유 관(204) 중심부에 조사하게 되고, 측면 발광방식의 광섬유 관은 코어 내부에서 전반사 되어 태양 광 빛을 발산하면서 빛을 전달하여 조명역할을 하도록 되어있다. 그러므로 광섬유 관의 분포 및 길이에 따라 사무실 내 조도를 충분히 유지할 수 있도록 되어있으며, 간접식 조사방식의 장점은 상기에서 기술했듯이 집광장치 내부 수광 렌즈의 가열을 피할 수 있다는 것이다.

도 5는 바람직한 실시 예를 위한 태양 광 실내 조명장치를 도시한 것이다.

도시한 바와 같이 광섬유 관을 이용하여, 평면 및 환형조명을 구성할 수 있다.

도 1은 직접식 조사방식의 집광장치를 나타낸 사시 도이다.

도 2는 간접식 조사방식의 집광장치를 나타낸 사시 도이다.

도 3은 직접식 조사방식의 빛의 경로를 나타낸 개략도이다.

도 4는 간접식 조사방식의 빛의 경로를 나타낸 개략도이다.

도 5는 바람직한 실시 예를 위한 태양 광 실내 조명장치를 도시한 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

101, 201 : 집광 부 102, 203 : 반사 부

103, 202 : 수광 렌즈 104, 204 : 광섬유 소자(광 섬유 관)

105, 206 : 전달 부 106, 205 : 수광 부

Claims (3)

1. 태양 광을 이용하여 빛을 모아주는 집광 부, 빛을 받아들이는 수광 부, 빛을 전달하기 위해 광섬유 관다발과 수광 렌즈가 세트로 구성된 전달 부, 수광 부에서 일부 반사된 빛을 반사 또는 재반사시켜주는 반사 부로 구성되어, 빛을 측면발광방식의 광섬유 관을 통해 실내로 빛을 전달하여 실내조명역할을 하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 태양 광 조명 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   구 모양의 집광 부를 갖추고, 다수의 수광 렌즈와 광섬유 다발로 세트가 되어 구성된 수광 부와 수광 부로부터 일부 반사된 빛을 금속 코팅된 반사소재에 의해 재반사시켜 빛을 집중시켜주는 고깔모양의 반사 부를 갖추고, 이러한 경로를 통해 빛이 수광 렌즈를 통과하여 광섬유 관 중심부에 빛을 조사하게 되면, 광섬유의 전반사 성질을 이용하여 빛을 실 내에까지 전달하는 것을 특징으로 하는 직접조사방식의 태양 광 집광장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   구 모양의 집광 부를 갖추고, 집광 부 원둘레 고깔모양의 중심부로 수광 렌즈와 광섬유 다발로 세트가 구성된 전달 부가 존재하며, 집광 부로부터 입수된 빛 을 접시모양의 반사 부에 의해 굴절 반사되어 집광 부 원둘레 고깔모양의 중심부에 설치된 수광 렌즈로 빛을 전달하고, 내부에서 일부 반사된 빛은 금속 코팅된 접시모양의 반사 부에 의해 재반사시켜 빛을 집중시켜주고, 반사 부에 의해 굴절 반사된 빛이 수광 렌즈를 통과하여 광섬유 관 중심부에 빛을 조사하게 되면, 광섬유의 전반사 성질을 이용하여 빛을 실내에까지 전달하는 것을 특징으로 하는 간접조사방식의 태양 광 집광장치.

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