KR850001618B1 - 태양광 수집 장치 - Google Patents

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KR850001618B1
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Abstract

내용 없음.

Description

태양광 수집 장치
제1도는 본 발명에 의한 태양광 수집장치의 1 실시예를 설명하기 위한 부분적 측단면도.
제2도는 제1도에 도시한 태양광 수집용 렌즈 어레이(10)의 평면도.
제3도는 렌즈 지지부재(20)와 광화이버 지지부재(40)을 일체로 형성한 경우의 평면도.
제4도는 제3도의 Ⅳ-Ⅳ선에서 본 확대 단면도.
제5도는 본 발명의 실시예 사용되는 렌즈 어레이의 다른 실시예를 표시하는 부분적 단면도.
제6도 내지 제8도는 각각 본 발명의 실시예 사용하는 렌즈부의 구성예를 나타내는 측단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 집광렌즈 어레이 11 : 집광렌즈
12 : 색수차 보정 렌즈 20 : 렌즈 지지부재
30 : 광화이버 40 : 광화이버 지지부재
본 발명은 태양광 수집 장치의 개량에 관한 것이며, 특히 직경이 작은 많은 수의 렌즈를 사용하여 태양광을 집속하고 이들 집속된 광을 각 렌즈에 대응하여 한개씩 설치한 각 광 화이버 내에 도입되게하여 그로 인하여 광 화이버의 수광단면의 거울면 가공 다듬질을 가능하게 하며, 또한 수광끝단부의 절손 오손 등을 방지하고, 더 나아가서는 이들의 광화이버를 모아서 형성한 광도체 케이블에 가요성을 갖게하며, 또한 렌즈의 초점거리를 짧게하여 장치를 박형화, 경량화하고 다시 각 렌즈와 광 화이버와의 상대적 위치관계를 공장측에서 정확하게 설정하여, 따라서 각 렌즈의 초점위치에 각 광 화이버의 수광끝단을 정확하게 일치시켜서 태양광 수집효율의 향상을 도모함과 동시에 사용자 측에서의 조정작업을 불필요하게 한 것이다.
근래 에너지 절약시대를 맞이하여 태양광 에너지의 이용에 대한 관심이 높아지고 있다.
본 출원인은 태양광 에너지의 효과적 이용에 대하여 일찌기 착안하고 이미 여러가지 제안을 해 왔으나, 태양광 에너지를 가장 효과적으로 이용하려면 태양광 에너지를 광 에너지로 하여 즉, 전기 또는 열등 다른 형태의 에너지로 전환하지 않고 이용하는 것이다.
따라서 본 출원인은 태양광 에너지를 렌즈계를 이용하여 광도체 케이블에 도입하고 이 광도체 케이블을 통해서 조명을 필요로 하는 장소에 유도하여 조명에 사용할 것을 제안하였다.
그런데, 종래의 장치는 태양광 에너지를 비교적 큰 직경(약 35cm)의 프레넬렌즈를 사용하여 집속 하도록 되어 있어서 렌즈의 초점 거리가 비교적 길며(약 39cm) 결상되는 태양상의 직경이 약 4mm가 되어 이 태양상에 대응하여 설치되는 광도체 케이블의 끝단의 면적도 커지기 때문에 가는 광 화이버를 다수 묶어서 가요성을 가지고 하고 있다.
이와같이 종래의 기술에 있어서는 가요성을 유지하기 위하여 다수본의 광 화이버를 묶어서 번들형 광도체 케이블을 사용하고 있으나,
이러한 경우 각 광 화이버간에 간격이 있으면 끝단면을 거울면으로 다듬을 수가 없어서 집속된 광을 효과적으로 광도체 케이블 내로 도입할 수가 없었다.
이 대책으로서 전기한 각 광 화이버 간의 간격을 접착제 등을 사용하여 메우는 방법이 제안되었으나, 접착제를 사용하면 집광할때 이 접착제가 가열되어 팽창융출 하므로 이 팽창융출 하는 힘에 의하여 광 화이버 자체를 절손하고 융출한 접착제가 광 화이버의 단면을 오손하여 집광효율을 저하시키고 또한 융출한 접착제가 열을 내면서 탄화하기 때문에 그 열이 다시 광 화이버 간에 남아있는 접착제에 전달되어 이들의 접착제도 탄화해 버리게 되므로 장기간의 사용에 견디지 못하는 등의 결점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 특히 1본의 가는 광 화이버를 사용하고 또한 각 광 화이버에 대하여 해당 광 화이버의 수광 면적에 맞는 결상을 하는 소형 렌즈를 사용하도록 한 것이며,
이와같이 하면 각 광 화이버의 수광끝단면의 다듬질을 완벽하게 할수 있고, 또한 각 광 화이버의 수광끝단부가 절손, 오손, 소손할 염려도 없고 상기한 종래 기술에 비하여 광수집 효과를 현저히 향상시킬수 있으며, 더욱 경시적(經時的)으로도 안정되게 하여 태양광을 수집할 수가 있으며, 또한 이들의 광 화이버를 모아서 형성한 광도체 케이블도 가요성을 갖게 된다.
또한 소형 렌즈를 사용하기 때문에 렌즈의 초점 거리가 짧아지고 장치를 엷고 경량화하게 할수 있는 등의 이점이 있다.
제1도는, 본 발명에 의한 태양광 수집장치의 1실시예를 설명하기 위한 측단면도이며, 도면중 (10)은 직경 4cm정도의 소직경의 태양광 집속용 렌즈(11)가 다수개 일체적으로 형성된 렌즈 어레이이고, (20)은 렌즈 지지부재, (30)은 광 화이버, (40)은 광 화이버 지지부재로서 렌즈 어레이(10)는 다수개의 소형렌즈(11)가 접착 또는 프레스 가공등에 의해서 일체적으로 형성되어 있고, 렌즈 지지부재(20) 및 광 화이버지지부재(40)는 프레스 가공 또는 사출 성형에 의해서 일체적으로 형성되어 이들이 도시된 것과 같이 공장측에서 일체적으로 조립된다.
제2도에 렌즈 어레이(10)의 평면도, 제3도에 렌즈 지지부재(20)와 광 화이버 지지부재(40)가 일체적으로 형성되었을 때의 평면도, 제4도에는 제3도의 Ⅳ-Ⅳ선에서 본 확대 측단면도를 나타낸 것인데 렌즈 어레이(10)는 상술한 바와같이 다수개의 소형 렌즈(11)가 접착등에 의해 일체적으로 접합되든가 또는 처음부터 프레스 가공 또는 사출성형등에 의해서 일체적으로 구성되며 이 렌즈 어레이를 보호지지 하기에 적합한 형상, 구조를 가진 렌즈 지지부재(20)에 일체적으로 조립된다.
광 화이버 지지부재(40)에는 각 렌즈(11)의 초점위치 근방에 대응하여 구멍(41)이 뚫려있고, 상술한 바와 같이 하여 렌즈 어레이(10), 렌즈 지지부재(20) 및 광 화이버 지지부재(40)를 일체적으로 조립 고정시킨 후 렌즈측에서 평행광선을 쪼이면 각 렌즈(11)는 구멍(41)의 축상에 초점을 맺게되므로 구멍(41)에 광 화이버(30)를 삽입하고 각 광 화이버마다 이 광 화이버에 가장 많이 광선이 도입되는 위치를 찾아서 그 위치에 광 화이버를 고정 유지케 한다.
이렇게 하면 각 광 화이버는 각각 대응되어 있는 렌즈에서의 광선을 가장 효율적으로 도입할 수가 있다.
또한 제2도에는 종래부터 사용하고 있는 직경 약 35cm의 프레넬 렌즈에 상당하는 면적내에 배치되는 소형 렌즈 전체의 배열을 표시한 것이나
이와같이 정육각형의 소형렌즈를 다수 조립하게 하면 가장 효율 좋게 렌즈를 배열할 수 있으며,
또한 이와같이 하여 소형 렌즈가 조립된 렌즈어레이도 대략 육각형이 되는 것이므로, 이 제2도에 표시한 렌즈 어레이를 한개의 유닛트 단위로 하여 이 유닛트를 다수개(예를 들면 7개, 19개등) 조합해서 더욱 대형의 태양광 수집장치를 구성하는 것도 가능하다.
다시 상세하게 설명하기 위해, 제2도에 표시된 렌즈(11)의 내접원의 장경(대각선의 길이)을 4cm로 하면 전술한 방법과 같이 하여 구성된 렌즈 어레이의 장경 l는 약 36cm가 되고, 직경 약 35cm의 프레넬 렌즈 한개분의 면적에 상당하나 직경 35cm의 프레넬 렌즈의 초점 거리는 약 39cm, 직경 4cm의 렌즈의 초점 거리는 약 4.5cm이므로 본 발명에 의하면, 렌즈에서 부터 광 화이버의 수광끝단 까지의 거리를 현저하게 짧게 할 수가 있으며, 따라서 장치를 엷고, 경량화하는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명에 의하면 렌즈 어레이, 광 화이버 및 이들의 지지부재가 공장측의 생산 라인에서 정확하게 위치가 결정되어 고정되므로서 태양광의 수집 효율이 극히 높고 또한 사용자 측에서의 취급도 상당히 쉬워지는 등의 이점이 있다.
제5도는 본 발명의 실시에 사용되는 렌즈 어레이의 실시예를 나타내는 부분적 측단면도이며,
이 렌즈는 각 렌즈(11)에 대하여 색수차 보정용의 렌즈(12)를 광학물(13)등에 의하여 접착한 것으로서 전술한 바와같이 렌즈 어레이 (10)가 최초부터 일체적으로 형성된 것일 때에 이 색수차 보정용 렌즈도 최초부터 일체화 되게 구성되어 있는 것을 사용하고 이들의 렌즈어레이 끼리를 광학물로 일체적으로 접착토록 하며, 또한 렌즈 어레이(10)가 개개의 렌즈를 접착제 등에 의하여 접착되어 일체적으로 구성한 것일때는 우선 개개의 렌즈에 대하여 색수차 보정용 렌즈를 광학풀로 접착하고, 이와같이 하여서 태양광 집속렌즈와 색수차 보정용 렌즈를 개개로 일체화 한 것들을 평면적으로 배열하고 접착하여 일체적으로 구성하면 좋다.
이와같이 색수차 보정용 렌즈를 설치하면 모든 파장의 광선이 동일점에서 초점을 맞추게 되므로 문제가 없으나, 색수차 보정용 렌즈를 설치하지 않을 때에는 렌즈의 초점 위치가 광선의 파장에 의해서 달라지므로 광 화이버의 수광끝단을 렌즈의 초점 위치에 맞출때 어느 파장(색)의 광선에 맞출것인가를 미리 결정해야 할 필요가 있다.
또한 위에서 태양광 접속용 렌즈(11)를 일체적으로 구성하는 예에 대하여 설명하였으나,
이들 렌즈(11)끼리들은 꼭 일체적으로 접합되어 있을 필요는 없고, 각각 따로 따로의 상태로서 렌즈 지지부재(20)에 조립하여도 되고, 또한 색수차 보정용 렌즈끼리간도 꼭 일체적으로 접합되어 있을 필요는 없다.
제6도 내지 제8도는 각각 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 중요부분의 측단면도이고, 제6도의 실시예는 집광렌즈(11)마다 광 화이버(30)의 위치를 결정하여 고정시켜 일체로 구성한 것이며,
제7도의 실시예는 색수차 보정렌즈(12)마다에 광 화이버(30)의 위치를 결정 지워 구성시켜서 일체로 구성한 것이고, 제8도의 실시예는 집광렌즈(11)마다에 집광렌즈(11)와 색수차 보정렌즈(12)와 광 화이버(30)의 위치를 결정지워 고정시켜서 일체로 구성한 것으로,
이와같이 하여 일체로 구성한 것을 제1도에 표시한 렌즈 지지부재(20) 내에 각각 조립하여도 무방하다. 또한 위에서 각 렌즈의 형태를 6각형으로 형성한 실시예에 대해서 설명하였으나, 꼭 6각형으로 형성할 필요는 없으며, 환형, 각형 등 임의의 형태라도 좋고 또한 각 렌즈(11)도 구면 렌즈에 한정할 필요도 없으며 프레넬즈라도 좋다는 것은 쉽게 이해가 갈 것이다.
이상의 설명에서 명백한 바와같이, 본 발명에 의하면 직경이 작은 렌즈를 다수개 사용하여 각 렌즈의 초점에 대해서 가느다란 1본의 광 화이버의 수광면을 정확하게 위치시키도록한 것으로, 각 광 화이버 마다에 수광면을 거울면으로 다음을 수가 있으며, 또한 각 광 화이버의 수광단부가 절손, 오손, 소손 등이 될 염려도 없고 경시적으로 안정하며, 또한 효율좋게 광선을 각 광 화이버 내에 도입할 수가 있고 동시에 이들 광 화이버를 모아서 형성한 광도체 케이블에 가요성을 가지게 할수가 있다.
다만 가요성을 희생시켜도 된다면, 광 화이버 대신에 직경이 큰 프리포옴 롯드를 사용해도 된다.
또한 소형 렌즈를 사용하도록 한 것이므로 렌즈의 초점거리가 짧아지므로 장치를 엷고, 경량화 할 수 있다.
더구나, 각 광 화이버의 수광단을 각 렌즈의 초점위치에 공장측에서 정확하게 위치를 결정하여 고정시킴으로서, 각 광 화이버에 가장 효율좋게 광선을 도입할 수가 있으며, 더욱이 사용자 측에서의 조정은 일체 불필요하므로 사용자 측의 작업성을 현저히 향상시킬수가 있고, 또한 한개의 렌즈에 대하여 1본의 광 화이버가 대응하여 설치되어 있으므로, 예컨대 광 화이버에 예비의 광 화이버를 몇개 비치해 두었다가 광 화이버가 절손되었을 경우 그 절손된 광 화이버를 예비의 광 화이버로 바꾸고 예비의 광 화이버가 없어졌을 때에는 절손된 광 화이버에 대응하는 렌즈를 막아 버리면 되며, 따라서 광 화이버가 절손되었을 경우 등에 있어서의 대응조치가 용이하여 광 화이버의 절손 등에 의한 트러블을 확대시키지 않고 끝낼수 있는 등의 이점이 있다.
또한 위에서 본 발명의 여러가지 실시의 형태에 대해서 설명하였으나, 그중 중요한 것을 열거한다면 다음과 같다.
그러나 본 발명은 이들의 실시의 형태에 한정되는 것은 아니며, 기타 여러가지의 변형과 조합 등이 가능하다는 것을 쉽게 알수 있는 것이다.
1. 집광렌즈(11)를 일체적으로 형성한 것.
2. 개별의 집광렌즈(11)을 조합하여 일체적으로 한 것.
3. 개별의 집광렌즈(11)을 그대로 개별로 독립시켜 사용하게 한 것.
4. 집광렌즈 지지부재(20)와 광 화이버 지지부재(40)를 일체적으로 형성한 것.
5. 집광렌즈 지지부재(20)와 광 화이버 지지부재를 별개로 형성한 것.
6. 각 집광렌즈 마다에 집광렌즈와 광 화이버를 일체적으로 구성하여 이들을 서로 결합한 것.
7. 각 집광렌즈 마다에 집광렌즈와 광 화이버를 일체적으로 구성하고, 이들을 단일 구성의 틀체내에 조립한 것.
8. 색수차 보정 렌즈를 일체적으로 형성한 것.
9. 개별의 색수차 보정렌즈를 조합하여 일체적으로 한 것.
10. 개별의 색수차 보정렌즈를 그대로 개별적으로 독립시켜 사용하게 한 것.
11. 각 집광 렌즈마다에 집광렌즈와 색수차 보정렌즈를 일체적으로 구성한 것.
12. 각 집광렌즈에 대하여 색수차 보정렌즈와 광 화이버를 일체적으로 구성한 것.
13. 각 집광렌즈 마다 집광렌즈와 색수차 보정렌즈 및 광 화이버를 일체적으로 구성한 것.
14. 제11항에 기재한 집광렌즈와 색수차 보정렌즈를 일체적으로 구성한 것을 단일 구성의 틀체내에 조립한 것.
15. 제12항에 기재된 색수차 보정 렌즈와 광 화이버를 일체적으로 구성한 것을 단일 구성의 틀체내에 조립한 것.
16. 제13항에 기재한 집광렌즈와 색수차 보정렌즈 및 광 화이버를 일체적으로 구성한 것을 단일 구성의 틀체내에 조립한 것.
17. 전기한 제1항에서 제16항 중에서 소망하는 구성으로 조합하여 사용한 것.

Claims (20)

  1. (정정) 다수개의 태양광 집속용 렌즈(11)와 이 렌즈를 지지하기 위한 집광렌즈 지지부재(20)와 상기한 각 렌즈의 초점 위치에 수광면이 배열된 광 화이버(30)와 이 광 화이버를 지지하기 위한 광 화이버 지지부재(40)가 있으며, 상기 광 화이버(30)는 태양광 집속용 렌즈(11)마다에 1본씩 배열 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 다수개의 태양광 집속용 렌즈(11)가 일체적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  3. (정정) 제1항에 있어서, 상기 다수개의 태양광 집속용 렌즈(11)가 각각 독립하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  4. (정정) 제1항에 있어서, 상기 태양광 집속용 렌즈(11)를 지지하는 지지부재(20)와 상기 광 화이버(30)를 지지하는 지지부재(40)가 일체적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  5. (정정) 제1항에 있어서, 상기 태양광 집속용 렌즈(11)를 지지하는 지지부재(20)와 상기 광 화이버(30)를 지지하는 지지부재(40)가 별체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  6. (정정) 제1항에 있어서, 상기 각 태양광 집속용 렌즈(11)가 각각 독립되어 설치되고, 또한 상기 각 렌즈와 이 렌즈에 대응하여 설치된 1본의 광 화이버(30)가 단일의 구성체를 형성하고, 이 단일 구성체가 다수개 상기 태양광 집속용 렌즈(11)를 동일 평면으로 하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  7. (정정) 제6항에 있어서, 상기 단일 구성체가 단일 구성의 틀체내에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  8. (정정) 다수개의 태양광 집속용 렌즈(11)와 이 렌즈의 각각에 대응하여 설치된 색수차 보정렌즈(12)와 상기 한 태양광 집속용 렌즈(11) 또는 상기한 색수차 보정 렌즈(12) 또는 양자를 지지하기 위한 렌즈 지지부재(20)와, 상기 각 태양광 집속용 렌즈(11)의 초점위치에 수광면이 배열된 광 화이버(30)와 이 광 화이버(30)를 지지하기 위한 광 화이버 지지부재(20)와를 가지며, 상기 광 화이버(30)는 전기 렌즈마다 1본씩 배열 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  9. (정정) 제8항에 있어서, 상기 다수개의 렌즈(11)가 일체적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  10. (정정) 제8항에 있어서, 상기 다수개의 렌즈(11)가 각각 독립하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  11. (정정) 제8항에 있어서, 상기 색수차 보정렌즈(12)가 일체적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  12. (정정) 제8항에 있어서, 상기 색수차 보정렌즈(12)가 각각 독립하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  13. (정정) 제8항 내지 제12항중 어느 하나에 있어서, 전기 태양광 집속용 렌즈(11)와 색수차 보정렌즈(12)가 일체적으로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  14. (정정) 제8항 내지 제12항중 어느 하나에 있어서, 상기 렌즈 지지부재(20)와 광 화이버지지부재(40)가 일체적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  15. (정정) 제8항 내지 제12항중 어느 하나에 있어서, 상기 렌즈 지지부재(20)와 광 화이버 지지부재(40)가 별체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  16. (정정) 제8항에 있어서, 상기 색수차 보정렌즈(12)와 전기태양광 집속용 렌즈(11)에 대응하여 배치된 한개의 광 화이버(30)가 상기 렌즈마다 단일 구성체를 형성하고 이 단일구성체가 단일틀체내에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  17. (정정) 제8항에 있어서, 상기 태양광 집속용 렌즈(11)가 별체로 구성되어 있으며, 또한 이 렌즈(11)와 색수차 보정렌즈(12), 그리고 상기 렌즈(11)에 대응하여 설치된 1본의 광 화이버(30)가 단일 구성체를 구성하며, 이 단일 구성체가 다수개의 전기 태양광 집속용 렌즈(11)를 동일 평면으로 하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  18. (정정) 제8항에 있어서, 상기 단일 구성체가 단일 구성체의 틀체내에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  19. (신설) 제13항에 있어서, 상기 렌즈 지지부재(20)와, 광 화이버 지지부재(40)가 일체적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
  20. (신설) 제13항에 있어서, 상기 렌즈지지 부재(20)와, 광 화이버 지지부재(40)가 별체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집장치.
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