KR20130043029A

KR20130043029A - 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기

Info

Publication number: KR20130043029A
Application number: KR1020110107240A
Authority: KR
Inventors: 박이동
Original assignee: 박이동; 삼중테크 주식회사
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2013-04-29

Abstract

본 발명은 태양광을 집광하여 인공조명의 대체 조명원으로 사용할 수 있도록 하기 위한 태양광 집광장치의 단순 투명부로 이루어진 천장투광부와 전면투광부에 프리즘 패널 또는 프리즘 필름으로 이루어지는 프리즘부재를 설치하는 것에 의해, 투광부를 통과하는 빛(태양광)의 굴절을 이용한 빛의 전용 효과를 이용하여, 수광부에 대한 집광 효율을 높일 수 있도록, 상면을 천장투광부로, 전면 절반을 전면투광부로 형성하고 후면절반을 내면에 반사필름을 갖는 수광부로 형성한 중공의 원뿔대형의 돔형반사경과, 상기 돔형반사경의 전면투광부 하측에 상기 수광부에 대향되게 호형으로 설치되는 부분반사경 및 내면에 반사필름을 부착한 채, 상기 돔형반사경의 하부에 일정길이 연장되게 설치되는 광 이송튜브로 되는 돔형 태양광 집광기(A)에 있어서, 상기 천장투광부(11) 및 전면투광부(12)에는 프리즘패널 또는 프리즘필름으로 되는 프리즘부재(100)(200)를 각각 부착 설치함으로써, 건물의 내부공간은 물론 지하공간 등 인공조명이 필요한 공간에 대한 태양광의 조사(照射)가 효율적으로 이루어지게 하여, 인공조명인 전기에너지의 절약이 가능하게 되므로, 그에 따른 경제적인 절감 효과와 아울러 이산화탄소의 발생을 최대한 줄여 환경보호 효과까지도 기대할 수 있도록 한 것이다.

Description

포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기{Dome type sunlight collectors with prismatic structures and parabolic reflector}

본 발명은 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포물면형 반사경이 부착된 돔형의 태양광 집광기의 상면 및 전면 투광부에, 프리즘 패널 또는 프리즘 필름을 설치하는 것에 의해, 투광부를 통과하는 빛(태양광)의 굴절을 이용한 빛의 전용(轉用) 효과를 이용하여, 수광부에 대한 집광 효율을 높임으로써, 건물의 내부공간은 물론 지하공간 등 인공조명이 필요한 공간에 대한 태양광의 조사(照射)가 효율적으로 이루어지게 하여, 인공조명인 전기에너지의 절약이 가능하게 되므로, 그에 따른 경제적인 절감 효과와 아울러 이산화탄소의 발생을 최대한 줄여 환경보호 효과까지도 기대할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 각종 건물의 내부공간이나 지하공간에 대한 빛의 조사를 목적으로 다양한 형태의 인공조명이 사용되고 있는 실정으로, 이와 같은 인공조명을 위해서는 화석에너지나 원자력에너지를 이용한 발전 설비를 사용하여야 하는데 따라, 경제적인 손실과 함께 환경오염의 대가가 따르는 등의 문제점으로 인해, 근래 들어 태양광을 최대한 실내로 끌어들여 별도의 인공조명을 사용하지 않고서도 자연광을 인공 조명의 대체 수단으로 이용하는 장치들이 제안되고 있다.

첨부 도면 중, 도 1 및 도 2 는 본원 출원인에 의해 출원되어 등록된 대한민국 특허 제1046859호(포물면형 태양광 집광장치)에 대한 것으로, 이는 돔형의 제1돔형반사경(10)과, 이 제1돔형반사경(10)의 전면투광부(12) 내측 하부의 수광부(13) 대향측에 설치되는 제2돔형반사경(20) 및 광 이송튜브(30)로 구성되는 것으로, 태양광이 제1돔형반사경(10)의 투명한 천장투광부(11)와 반분의 원뿔대형으로 이루어진 전면투광부(12)를 거쳐 수광부(13) 표면에 부착된 반사필름(13a)에 의해 반사되게 하고, 이렇게 반사된 태양광은 다시 제2돔형반사경(20)의 반사필름(21)에 의해 반사되어, 제1돔형반사경(10)의 중앙 하단에 일정길이를 갖도록 설치되는 광 이송튜브(30) 내면의 반사필름(31)에 의해 반복 반사되면서 고밀도로 집광되어 최종적으로 건물 내부에 설치된 조명기구(40)나 조명이 필요한 실내공간으로 공급ㆍ조사되어 목적한 자연광의 빛으로 사용될 수 있도록 하고 있다.

그러나 상기한 종래의 "포물면형 태양광 집광장치"는 태양광을 통과시켜 수광부(13)의 반사필름(13a)에 집광 되도록 하는 제1돔형반사경(10)의 천장투광부(11) 및 절반의 원뿔대형으로 투명하게 이루어진 전면투광부(12)가 단순히 강화유리나 폴리카보네이트로 이루어진 단일 두께의 투명부로 이루어진 것이어서, 태양광이 제1돔형반사경(10)의 천장투광부(11)와 전면투광부(12)를 통해 수광부(13)의 반사필름(13a)에 도달되는 과정에서 빛의 산란을 일으킴에 따라, 반사필름(13a)에 실제 도달되는 태양광은 빛의 손실에 의해 집광효율 및 반사효율이 크게 떨어질 수밖에 없게 되므로, 결과적으로 광 이송튜브(30)를 통해 조명이 필요한 실내공간으로 공급ㆍ조사되는 광량이 현저히 줄어들게 되는 등의 문제점이 있는 것이었다.

이뿐만 아니라, 자연광을 인공 조명의 대체 수단으로 이용하는 프리즘 패널을 이용한 자연채광 장치의 집광구조가 대한민국 특허 등록 제 10-0696977호로 선 등록되어있는 바, 상기 선 등록된 프리즘 패널을 이용한 자연채광 장치의 집광구조는, 단순히 일정 간격 이격된 상태로 상호 대향하는 한 쌍의 측면 투명 프리즘 패널과, 바닥면에 대해 일정 각도 범위 내에서 경사져 상기 측면 투명 프리즘 패널 전면단부와 결합되는 전면 투명 프리즘 패널과, 상기 측면 투명 프리즘 패널 후면 단부와 결합되는 배면 패널을 포함하여 이루어지는 것으로, 이는 그 내부에 입사ㆍ투광된 빛을 모아 효율적으로 집광하기 위한 반사경 등의 어떠한 반사 수단도 마련되어 있지 않은 것이어서, 집광효율이 현저히 떨어지게 되는 등의 문제점이 있는 것이었다.

대한민국 특허등록 제10-1046859호 대한민국 특허등록 제10-0696977호

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같이 태양광을 집광하여, 인공조명의 대체 조명원으로 사용할 수 있도록 하기 위해 단순 투명부로 이루어진 투광부를 갖는 종래의 포물면형 태양광 집광장치가 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 돔형 반사경의 천장투광부와 전면투광부의 전부 혹은 일부에 프리즘패널이나 프리즘필름을 부착하는 것에 의해, 투광부를 통해 수광부로 집광되는 직사광선이나 산란광 등 태양광이 프리즘패널이나 프리즘필름을 통과하는 과정에서 일으키는 빛의 굴절현상을 이용하여, 빛을 전용시켜 광량을 증대시킴으로써, 집광 효율을 극대화하여 보다 효율적으로 인공조명의 대체수단으로서 태양광을 이용할 수 있도록 한 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기는, 상면을 천장투광부(11)로, 전면 절반을 전면투광부(12)로 형성하고 후면절반을 내면에 반사필름(13a)을 갖는 수광부(13)로 형성한 중공의 원뿔대형의 돔형반사경(10)과, 상기 돔형반사경(10)의 전면투광부(12) 하측에 상기 수광부(13)에 대향되게 호형으로 설치되는 부분반사경(20) 및 내면에 반사필름(31)을 부착한 채, 상기 돔형반사경(10)의 하부에 일정길이 연장되게 설치되는 광 이송튜브(30)로 되는 돔형 태양광 집광기(A)에 있어서, 상기 천장투광부(11) 및/또는 전면투광부(12)에는 프리즘패널 이나 프리즘필름으로 되는 프리즘부재(100)(200)를 각각 부착 설치하여서 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기에 의하면, 태양광을 집광하기 위한 천장투광부와 전면투광부의 내측면이나 외측면에 선택적으로 프리즘패널이나 프리즘필름으로 되는 프리즘부재를 부착, 설치하는 것에 의해, 집광기의 투광부를 통과하는 모든 빛을 계절이나, 오전 및 오후 시간대에 구애받지 않고 빛의 굴절 현상을 이용하여 빛의 전용(轉用)효과를 최대로 높여 집광비를 상승시킴으로써, 태양광의 집광 효율을 극대화하는 것에 의해, 각종 건물의 실내 조명을 위한 전기 에너지의 사용을 대폭 절감시켜 이산화탄소의 발생 억제 등, 지구 온난화 현상을 효과적으로 막을 수 있게 되므로, 태양광 집광기의 사용성 및 상품성을 제고할 수 있게 되는 등의 유용한 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 돔형 태양광 집광기의 사시도.
도 2는 종래의 돔형 태양광 집광기의 설치상태 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 돔형 태양광 집광기의 대표적인 실시 예의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 돔형 태양광 집광기의 수광부 및 집광부의 확대단면도.
도 5는 도 4의 "가" 부분 확대도.
도 6은 도 4의 "나" 부분 확대도.
도 7은 본 발명에 의한 돔형 태양광 집광기의 다른 실시 예의 단면도.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기(A)는, 중공의 원뿔대형으로 되어 상면을 투명의 천장투광부(11)로 형성하고, 절반의 전면부를 전면투광부(12)로 형성함과 동시에, 나머지 절반의 후면부를 수광부(13)로 형성한 돔형반사경(10)의 상기 천장투광부(11)와 전면투광부(12) 모두에, 또는 선택적으로 어느 한 곳에 프리즘패널로 되는 프리즘부재(100)(200)를 부착 설치하여서 되는 것으로, 이때 상기 프리즘부재(100)(200) 중 돔 상면의 천장광을 최대한 집광하기 위한 천장투광부(11)에 부착되는 프리즘부재(100)(200)는, 대략 1~3㎝의 피치를 가지며, 하부에 형성되는 첨단부의 각을 70°로 설정한 이등변 삼각형 형상을 갖도록 형성되며, 그 두께는 5~15㎜로 되는 유리나 폴리카보네이트 재질의 프리즘 패널로 이루어진다.

또한 상기 전면투광부(12)에 부착설치되는 프리즘부재(200)는, 역시 대략 1~3㎝의 피치를 가지며 프리즘각(바닥각)을 36°로 하고, 꼭지각(정점각)을 55°로, 또한 드래프트(draft)각은 1°로 설정한 삼각형 형상을 갖도록 형성되며, 그 두께는 대략 5㎜의 유리나 폴리카보네이트 재질의 프리즘 패널로 이루어진다.

이때 상기 프리즘부재(100)(200)를 이루는 프리즘패널의 가공성 및 기타 곤란성으로 인해 그 제작 및 적용이 어려운 경우, 첨부 도면 도 7에 도시한 바와 같이 천장투광부(11)와 전면투광부(12)에 비대칭 프리즘필름을 부착하는 것에 의해, 프리즘패널을 대체할 수 있다.

이 경우 상기 비대칭 프리즘필름의 재질은 폴리메틸메스아크릴레이트(PMMA)로 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 되는 본 발명에 의한 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기(A)에 의하면, 특정 건물이나 장소에 대해 인공조명의 대체수단으로서의 태양광을 이용하여 조명을 밝히는 경우, 천장투광부(11)와 전면투광부(12)를 각각 통과한 빛은, 천장투광부(11)와 전면투광부(12)의 내측면에 부착설치된 프리즘부재(100)(200)를 통과하는 과정에서, 굴절되어 전용되면서 더욱 많은 광량으로 집광되어 수광부(13)로 조사되게 되고, 이렇게 수광부(13)로 조사되어 집광된 빛은, 수광부(13) 내면에 부착 설치된 반사필름(13a)에 의해 그대로 반사되어 전면투광부(12) 내부 하측에 부분 반 원호 형으로 설치된 부분반사경(20)으로 조사되어 고밀도로 집광 된 상태에서, 부분반사경(20) 내면에 부착된 반사필름(21)에 의해 그대로 반사되어 하부의 광 이송튜브(30)로 보내지게 되고, 이렇게 광 이송튜브(30)로 보내진 빛은 광 이송튜브(30) 내면에 증착 설치된 반사필름(31)에 의해 반복 반사되면서 건물내부에 설치된 조명기구(산광기)(40)나 조명이 필요한 장소로 공급되어 태양광을 인공 광원의 대체 광원으로 하여 사용할 수 있게 된다.

※ 본 발명에 의한 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기의 실증사례;

설치 장소 : 전라북도 영만초등학교 체육관

측정일시 : 2010. 12. 10.

집광기 위치 : 지상(GL) 1.5m

광이송 튜브의 길이 : 8.5m

산광기와 집광기의 거리 : 3~4m

시간	외부조도(lux)	내부조도(lux)	주광율	비고
10:00	90,000	650	0.7
12:00	95,000	820	0.9
14:00	94,000	940	1.0
16:00	92,000	730	0.8

실측결과 : 일반적인 빛의 주광율이 최대 0.6 정도에 지나지않음에 비춰 볼 때 본 발명의 경우에는 프리즘을 이용한 빛의 굴절 효과에 따라 빛이 전용되면서 아주 우수한 집광효과(주광율)를 얻을 수 있었다.

이와 같이 본 발명에 의한 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기(A)는, 실질적으로 태양광을 집광하는 돔형반사경(10)의 천장수광부(11)와 전면수광부(12)에 각각 또는 어느 한쪽에만 선택적으로 프리즘부재(100)(200)를 부착설치 하는 것에 의해, 빛의 굴절 현상에 의한 빛의 전용효과에 따라 고밀도 집광이 가능하게 되므로, 태양광의 집광효율을 극대화할 수 있게 되어 전기에너지를 이용한 인공조명의 사용을 최소화하여 전력소모량을 줄일 수 있게 되므로, 경제적인 절감 효과와 아울러 그만큼 환경오염의 발생요인도 제거할 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 구체적인 예에 대하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당 업자에 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 돔형반사경 11 : 천장투광부 12 : 전면투광부
13 : 수광부 13a, 21, 31 : 반사필름 13 : 부분반사경
30 : 광 이송튜브 100, 200 : 프리즘부재

Claims

상면을 천장투광부로, 전면 절반을 전면투광부로 형성하고 후면절반을 내면에 반사필름을 갖는 수광부로 형성한 중공의 원뿔대형의 돔형반사경과, 상기 돔형반사경의 전면투광부 하측에 상기 수광부에 대향되게 호형으로 설치되는 부분반사경 및 내면에 반사필름을 부착한 채, 상기 돔형반사경의 하부에 일정길이 연장되게 설치되는 광 이송튜브로 되는 돔형 태양광 집광기(A)에 있어서,
상기 천장투광부(11) 및 전면투광부(12)에는 프리즘패널 또는 프리즘필름으로 되는 프리즘부재(100)(200)를 각각 부착 설치하여서 되는 것을 특징으로 하는 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기.
제 1항에 있어서, 상기 천장투광부(11)와 전면투광부(12) 중 어느 한 곳에만 선택적으로 프리즘부재(100)(200)를 부착설치한 것을 특징으로 하는 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기.
제 1항에 있어서, 상기 프리즘부재(100)(200)는 프리즘패널로 되는 것을 특징으로 하는 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기.
제 1 또는 2항에 있어서, 상기 프리즘부재(100)(200)는 비 대칭 프리즘필름으로 되는 것을 특징으로 하는 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기.
제 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리즘부재(100)를 이루는 프리즘패널은, 하부 꼭지각이 70°이고 피치는 1~3㎝ 인 것을 특징으로 하는 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리즘부재(200)를 이루는 프리즘패널은, 프리즘각 36°, 꼭지각 55°, 드래프트 각 1°이고 피치는 1~3㎝ 인 것을 특징으로 하는 포물반사경 부착 프리즘식 돔형 태양광 집광기.