WO2009116772A2 - 다중 집광형 조명용 태양광 집속장치 - Google Patents

다중 집광형 조명용 태양광 집속장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2009116772A2
WO2009116772A2 PCT/KR2009/001313 KR2009001313W WO2009116772A2 WO 2009116772 A2 WO2009116772 A2 WO 2009116772A2 KR 2009001313 W KR2009001313 W KR 2009001313W WO 2009116772 A2 WO2009116772 A2 WO 2009116772A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
infrared
visible light
light
optical fiber
fixing member
Prior art date
Application number
PCT/KR2009/001313
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2009116772A3 (ko
Inventor
이상천
박현국
Original Assignee
주식회사 고려광에너지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020080025079A external-priority patent/KR100891015B1/ko
Priority claimed from KR1020080025074A external-priority patent/KR100917707B1/ko
Application filed by 주식회사 고려광에너지 filed Critical 주식회사 고려광에너지
Publication of WO2009116772A2 publication Critical patent/WO2009116772A2/ko
Publication of WO2009116772A3 publication Critical patent/WO2009116772A3/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00—Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • F21V7/24—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by the material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • F21V7/28—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/04—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters for filtering out infrared radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
    • G02B6/0006—Coupling light into the fibre
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/12—Light guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic focusing device for lighting, and more particularly, to focus the sunlight on the primary and secondary in order to focus with high efficiency using an optical fiber in order to use the sunlight capable of natural light as an illumination. It relates to a solar focusing apparatus for possible lighting.
  • LA FORET ENGINEERING CO., LTD. Succeeded in commercializing a natural light device (himawari) using a fresnel lens.
  • the device uses a Fresnel lens as a solar light method, and minimizes the spherical and chromatic aberrations of the lens and integrates sunlight into a strand of optical fiber having a diameter of 1 mm.
  • the size of the lens that receives sunlight is limited to 95mm in diameter, it is necessary to use a plurality of lenses to meet the required brightness of light.
  • Sunlight direct, LLC has developed a reflective solar concentrator (Hybrid Solar Lightning, HSL) using two concave mirrors.
  • the device features the ability to collect large amounts of sunlight by using a 40-inch large aperture concave mirror and to reduce the spread of collected light resulting from chromatic aberration by using a mirror that reflects sunlight. have.
  • Still another object of the present invention is to provide a photovoltaic focusing apparatus for lighting that can prevent the risk of ignition due to the focusing of infrared rays in the optical fiber when condensing the sunlight, thereby minimizing damage of the optical fiber.
  • Another object of the present invention is to provide a high-efficiency solar focusing apparatus that can separate the concentrated solar light into visible light and infrared light and use the direct light and the heat energy source, respectively, to increase the overall energy use efficiency.
  • the present invention for achieving the above object is basically a primary condensing mirror for condensing the incident light in the direction opposite to the incident direction of the sunlight, and secondary or 3 for condensing the primary condensed sunlight again sequentially It comprises a condenser lens of the car.
  • the solar light is primarily collected through reflection, and the second or third light is collected through refraction of a ball lens, a convex lens, and the like.
  • the present invention includes infrared blocking means or infrared reflecting means for separating or removing the infrared rays from the incident and focused sunlight.
  • the present invention basically includes a primary condensing mirror installed in the frame, and is composed of a combination of secondary or tertiary condensing lenses and arrangement of blocking means or infrared reflecting means.
  • Claim 1 of the invention the frame; A primary condensing mirror installed under the frame and condensing sunlight incident from the opening in a direction opposite to the incident direction; An infrared reflection window installed in the frame to allow visible light to pass from sunlight collected from the primary condensing mirror, and reflect only infrared light in a direction perpendicular to the incident direction of the focused sunlight; An infrared condenser lens fixing member fixed to an upper portion of the frame and into which an optical fiber for infrared rays is inserted; A secondary infrared light collecting lens installed at one end of the infrared light collecting lens fixing member and configured to secondly collect infrared light incident by the infrared light reflecting window; A visible light condenser lens fixing member installed at a central portion of the upper side of the frame and having an optical fiber for visible light inserted therein; And a secondary visible light condenser lens installed under the visible light condenser lens fixing member and condensing visible light transmitted through the infrared reflecting window to
  • the focusing rate by gradually condensing sunlight through the primary condensing mirror, the secondary infrared condensing lens, and the secondary visible light condensing lens over two times.
  • the collected sunlight is separated into visible light and infrared light, so that the final direction of the visible light is opposite to the initial incident direction of the sunlight, and the final direction of the infrared rays coincides with the initial incident direction of the sunlight.
  • the invention of claim 2 is characterized in that in the lighting solar focusing apparatus, the infrared reflecting window is rotatably installed on the infrared reflecting window fixing member installed in the casing.
  • the infrared condenser lens fixing member is fixed to the frame by a first fixed beam, and the infrared optical fiber passes through the first fixed beam.
  • the visible light condensing lens fixing member is fixed to the frame by a second fixed beam.
  • the invention of claim 5 the frame; A primary condensing mirror installed at a lower portion of the frame to reflect the incident sunlight in a direction opposite to the incident direction to condense the primary light; An infrared reflecting window installed on an upper portion of the frame and allowing visible light to pass from sunlight collected from the primary condensing mirror, and reflecting only infrared light in a direction opposite to the collected sunlight; An infrared optical fiber support member fixed to a lower portion of the frame and extending to an upper side of a central portion of the primary condensing mirror, and having an infrared optical fiber inserted therein; An infrared condenser lens fixing member installed on an upper side of the infrared optical fiber support member; A second infrared condenser lens installed on an upper end of the infrared lens fixing member and configured to condense infrared rays incident by the infrared reflecting window; A visible light condenser lens fixing member installed at a central portion of the upper side of the frame and having an optical
  • the focusing rate by gradually condensing sunlight through the primary condensing mirror and the secondary infrared condensing lens and the secondary visible light condensing lens over two orders of magnitude.
  • the collected sunlight is separated into visible light and infrared rays, so that the final direction of the visible light becomes opposite to the initial incident direction of the sunlight, and the final direction of the infrared light is perpendicular to the initial incident direction of the sunlight.
  • the infrared reflecting window is installed on the infrared reflecting window fixing member which is integrally formed to extend to the visible light condensing lens fixing member.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a solar focusing apparatus for illumination according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual view illustrating a solar lighting system using the lighting solar focusing apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic view of a high efficiency solar focusing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a high efficiency solar focusing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a solar lighting system using the solar focusing apparatus for illumination of FIG. 4.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a high efficiency solar focusing apparatus 500 according to an embodiment of the present invention.
  • the solar concentrator 500 separates visible light and infrared light by an infrared reflecting window 512 to collect light.
  • the outer shape of the solar focusing apparatus 500 is formed by the frames 502 and 511 forming the bottom part and the side wall part.
  • a light receiving window through which sunlight can pass may be further installed above the frames 502 and 511.
  • a primary condensing mirror 501 for condensing sunlight incident on the frame 502 is disposed.
  • the primary condensing mirror 501 is composed of a concave mirror, and reflects the sunlight to condense in the direction opposite to the incident direction of the sunlight.
  • the focus of the primary light collecting mirror 501 is basically formed on the upper side of the center of the frames 502 and 511.
  • the infrared reflecting window 512 is disposed closer to the primary condensing mirror 501 than the position of the focal point of the primary condensing mirror 501.
  • an infrared condenser lens fixing member 59 protrudes in the horizontal direction of the frame 511 by the first fixing beam 513, and is positioned on the primary condensing mirror 501. It is installed as possible.
  • An infrared optical fiber 510 is inserted and fixed inside the infrared condenser lens fixing member 509. In this case, since the infrared optical fiber 510 should maintain the horizontal direction, the infrared optical fiber 510 may be installed to penetrate the first fixed beam 513.
  • a secondary infrared light collecting lens 504 is installed at the end of the infrared light collecting lens fixing member 509.
  • the secondary infrared light collecting lens 504 is positioned on the end of the infrared optical fiber 510.
  • the secondary infrared light collecting lens 504 may be a ball lens or a convex lens.
  • a space for focusing infrared rays may be formed between the secondary infrared light collecting lens 504 and the end of the infrared optical fiber 10.
  • the infrared optical fiber 510 may be installed so that the end is exposed in the space.
  • a visible light condensing lens fixing member 505 is provided at the central portion of the upper portion of the casing 511 by the second fixing beam 514.
  • the optical fiber 507 for visible light is inserted into the upper center of the visible light condenser lens fixing member 505.
  • the lens it is advantageous to arrange the lens to arrange the visible optical fiber 507 coaxially with the primary condensing mirror 501.
  • a secondary visible light condenser lens 503 is installed at the lower end of the visible light condenser lens fixing member 505.
  • the focal point of the secondary visible light condenser lens 503 is positioned on the lower end of the optical fiber 507 for visible light.
  • a ball lens is used as the secondary visible light condenser lens 503, but a convex lens or a hemisphere lens may be used.
  • a space for focusing sunlight may be formed on the secondary visible light condenser lens 503.
  • the visible light optical fiber 507 may be installed so that the lower end is exposed in the space.
  • Infrared reflecting window 512 for separating and supplying the sunlight collected by the primary condensing mirror 501 to the secondary visible light condenser lens 503 and the secondary infrared light condenser lens 504 by visible light and infrared light ) Is installed.
  • the infrared reflecting window 512 is fixed by an infrared reflecting window fixing member 515 fixed to the frame 511.
  • the infrared reflecting window 512 is rotatably installed on the infrared reflecting window fixing member 515, so that the reflection angle can be adjusted and set.
  • the infrared reflecting window 512 serves to separate the sunlight collected by the primary condensing mirror 501 into visible light and infrared light. That is, infrared rays are reflected by the infrared reflecting window 512, and sunlight excluding the infrared rays passes through the infrared reflecting window 512.
  • an infrared reflecting film is deposited on the infrared reflecting window 512.
  • the infrared reflecting window 512 uses glass in the form of a plate.
  • the infrared reflecting window 512 is inclined at a predetermined angle with respect to the incident direction of the sunlight.
  • the inclination angle of the infrared reflecting window 512 is approximately 45 °.
  • the infrared reflecting window 512 allows only infrared light to travel in a direction perpendicular to the incident direction of sunlight in the sunlight collected from the primary condensing mirror 501, and light in another region including visible light is emitted from the sunlight. It is transmitted in the direction opposite to the incident direction.
  • the focus of the primary condensing mirror 501 is disposed to be located above the infrared reflecting window 512. Therefore, since the sunlight is spectroscopic by the infrared reflecting window 512, the position of the focus of the visible light does not change, but the focus of the infrared light is formed in a direction perpendicular to the incident direction of the sunlight.
  • the focus of the visible light is located below the secondary visible light condenser lens 503, and the focus of the infrared light is more than that of the secondary infrared light condenser lens 504, that is, the secondary infrared light condenser lens 504. It is located on the opposite side of the infrared optical fiber 510 as a reference.
  • the high efficiency solar focusing apparatus 500 of Example 1 is basically comprised as mentioned above. Hereinafter, a path of sunlight of the solar focusing apparatus 500 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • Sunlight incident on the primary condensing mirror 501 is focused toward the infrared reflecting window 512.
  • the infrared light is reflected by the infrared reflection window 512 to the visible light and infrared light. That is, visible light that may pass through the infrared reflecting window 512 is incident to the secondary visible light converging lens 503 in a direction opposite to the incident direction of the sunlight, and is reflected by the infrared reflecting window 512.
  • the infrared rays are incident on the secondary infrared light collecting lens 504 in a direction perpendicular to the incident direction of the sunlight.
  • the infrared rays supplied to the secondary infrared condenser lens 504 are again condensed secondarily and finally transmitted to the infrared optical fiber 510.
  • the infrared rays transmitted through the infrared optical fiber 510 may be used in a hot water device and a steam generator. Therefore, the collected infrared rays are transferred to the heat medium such as water through the heat exchanger 550 connected to the infrared optical fiber 510.
  • visible light from the sunlight supplied to the infrared reflecting window 512 passes through the infrared reflecting window 512 and is supplied to the secondary visible light condensing lens 503.
  • the visible light supplied to the secondary visible light condensing lens 503 is again condensed into secondary light and finally delivered to the visible light fiber 507.
  • the light emitting unit 544 includes a light emitting tip (not shown) using an end of the visible light optical fiber 507 as a filament, and a lamp shade 542 reflecting the light emitted from the light emitting tip toward one side. It includes.
  • FIG 3 is a schematic diagram of a high efficiency solar focusing apparatus 600 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the solar concentrator 600 separates visible light and infrared light by an infrared reflecting window 624 to collect light.
  • the outer shape of the solar focusing apparatus 600 is made by a frame 614 having a space therein.
  • a light receiving window 612 that can receive sunlight.
  • a primary condenser mirror 632 is disposed below the frame 614 to condense the sunlight incident on the light receiving window 612.
  • the primary condensing mirror 632 is configured as a concave mirror, and reflects the sunlight to condense in the opposite direction to the sunlight incident direction.
  • the focal point of the primary light collecting mirror 632 is formed on the upper side of the center of the casing.
  • Infrared optical fiber support member 630 is formed in the central portion of the lower portion of the frame 614 to protrude toward the inner space of the frame 614.
  • the infrared optical fiber support member 630 has a substantially tube shape, and the infrared optical fiber 634 is inserted and fixed inside the infrared optical fiber support member 630.
  • An infrared lens fixing member 622 is integrally formed on an upper side of the infrared optical fiber support member 630.
  • a secondary infrared light collecting lens 618 is installed on the upper side of the infrared lens fixing member 622.
  • the focus of the secondary infrared light collecting lens 618 is positioned on the upper end of the infrared optical fiber 634.
  • a convex lens may be used as the secondary infrared light collecting lens 618.
  • a first space 626 for focusing sunlight may be formed below the secondary infrared light collecting lens 618.
  • the infrared optical fiber 634 may be installed so that the upper end portion is exposed in the first space 626.
  • a visible light collecting lens fixing member 620 is installed at the center of the light receiving window 612 that is the upper portion of the frame 614.
  • the visible light optical fiber 636 is inserted into the upper center of the visible light condenser lens fixing member 620.
  • the lens it is advantageous to arrange the lens to arrange the visible optical fiber 636 coaxially with the infrared optical fiber 634.
  • the secondary visible light condenser lens 616 is installed at the lower end of the visible light condenser lens fixing member 620.
  • the focal point of the secondary visible light condenser lens 616 is positioned on the lower end of the optical fiber 636 for visible light.
  • a ball lens is used as the secondary visible light condensing lens 616, but a convex lens or a hemisphere lens may be used.
  • a third space 642 may be formed on the second visible light condenser lens 616 to focus the sunlight. At this time, the visible light optical fiber 636 may be installed so that the lower end portion is exposed in the third space (642).
  • An infrared reflecting window fixing member 628 extends below the visible light collecting lens fixing member 620.
  • An infrared reflecting window 624 is installed at the lower end of the infrared reflecting window fixing member 628. Accordingly, a second space 640 may be formed between the secondary visible light condenser lens 616 and the infrared reflecting window 624.
  • the infrared reflecting window 624 is disposed between the secondary visible light condenser lens 616 and the secondary infrared light condenser lens 618.
  • the infrared reflecting window 624 separates sunlight collected by the primary condensing mirror 632 into visible light and infrared light. That is, infrared rays are reflected by the infrared reflecting window 624, and sunlight except for infrared rays passes through the infrared reflecting window 624.
  • an infrared reflecting film is deposited on the infrared reflecting window 624.
  • Example 2 of the present invention the infrared reflecting window 624 uses a glass of flat form.
  • the infrared reflecting window 624 allows only infrared light to be irradiated downward from the sunlight collected from the primary condensing mirror 632 and transmits light in another region including visible light.
  • the high efficiency solar focusing apparatus 600 of Example 2 is basically comprised as mentioned above. Hereinafter, a path of sunlight of the solar focusing apparatus 600 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • Sunlight incident through the light receiving window 612 reaches the primary condensing mirror 632 and is focused toward the infrared reflecting window 624.
  • the infrared light is reflected by the infrared light window 624 to the visible light and infrared light. That is, visible light that may pass through the infrared reflecting window 624 is incident on the secondary visible light condensing lens 616, and the infrared rays reflected by the infrared reflecting window 624 are the second infrared condensing lens. Incident at 618.
  • the infrared rays supplied to the secondary infrared light collecting lens 618 are collected again to be secondary and finally delivered to the infrared optical fiber 634.
  • the infrared rays transmitted through the infrared optical fiber 634 may be used in a hot water device and a steam generator. Therefore, the collected infrared rays are transferred to the heat medium such as water through the heat exchanger 650 connected to the infrared optical fiber 634.
  • visible light from the sunlight supplied to the infrared reflecting window 624 passes through the infrared reflecting window 624 and is supplied to the secondary visible light condensing lens 616.
  • the visible light supplied to the secondary visible light condensing lens 616 is again condensed into secondary light and finally delivered to the visible light optical fiber 636.
  • Sunlight transmitted through the optical fiber 636 for visible light is used for lighting indoors through the light emitting unit 644.
  • the light emitting unit 644 is a light emitting tip (not shown) that uses the end of the visible light optical fiber 636 as a filament, and a lamp shade 638 reflecting the light emitted by the light emitting tip in one direction It includes.
  • FIG 5 is a schematic diagram of a high efficiency solar focusing apparatus 700 according to Embodiment 7 of the present invention.
  • the solar focusing apparatus 700 separates visible light and infrared light by an infrared reflecting window 713 to collect light.
  • the exterior of the solar focusing apparatus 700 is formed by a frame 714 having a space therein.
  • a light receiving window 712 that can receive sunlight.
  • a primary condensing mirror 732 is disposed below the frame 714 to primarily collect sunlight incident on the light receiving window 712.
  • the primary condensing mirror 732 is composed of a concave mirror, and reflects the sunlight to condense in the opposite direction to the sunlight incident direction.
  • Infrared optical fiber support member 730 is formed in the central portion of the lower portion of the frame 714 to protrude toward the inner space of the frame 714.
  • the infrared optical fiber support member 730 is substantially tube-shaped, and the infrared optical fiber 734 is inserted and fixed inside the infrared optical fiber support member 730.
  • An infrared lens fixing member 722 is integrally formed on an upper side of the infrared optical fiber support member 730.
  • a secondary infrared light collecting lens 718 is installed on the upper side of the infrared lens fixing member 722 .
  • a convex lens may be used as the secondary infrared light collecting lens 718.
  • a first space 726 for focusing sunlight may be formed below the secondary infrared light collecting lens 718.
  • the infrared optical fiber 734 may be installed so that the upper end portion is exposed in the first space 726.
  • a visible light collecting lens fixing member 720 is installed at the center of the light receiving window 712, which is the upper portion of the frame 714.
  • a visible light optical fiber 736 is inserted into an upper center of the visible light condenser lens fixing member 720.
  • the lens it is advantageous to arrange the lens to arrange the visible optical fiber 736 coaxially with the infrared optical fiber 734.
  • a secondary visible light condenser lens 716 is installed at the lower end of the visible light condenser lens fixing member 720.
  • a ball lens is used as the secondary visible light condenser lens 716, but a convex lens or a hemisphere lens may be used.
  • a third space 742 may be formed on the secondary visible light condenser lens 716 to focus the sunlight. At this time, the visible light optical fiber 736 may be installed so that the lower end is exposed in the third space (742).
  • An infrared reflecting window fixing member 728 is extended to be installed below the visible light collecting lens fixing member 720.
  • An infrared reflecting window 713 is installed at the lower end of the infrared reflecting window fixing member 728. Accordingly, a second space 740 may be formed between the secondary visible light condenser lens 716 and the infrared reflecting window 713.
  • the infrared reflecting window 713 is disposed between the secondary visible light condenser lens 716 and the secondary infrared light condenser lens 718.
  • An infrared reflecting film is deposited on the infrared reflecting window 713.
  • the solar concentrator 700 of Example 3 uses an infrared reflecting film deposited on the convex lens as the infrared reflecting window 713, unlike the solar concentrating device 600 of Example 2.
  • the position of the infrared light collecting portion can be further lowered toward the primary condensing mirror 732.
  • the infrared light when reflecting by the infrared reflecting window 713 by the convex lens, the infrared light is focused toward the infrared condensing lens in the form of parallel light, When the infrared reflecting window 713 does not have an infrared ray spreading around, there is a feature that can increase the light collecting efficiency even more.
  • the light reflection and condensing phenomenon using a mirror is primarily used, and the light condensing efficiency of the optical fiber is improved through the design of the secondary condenser using the convex lens and the ball lens, thereby providing more light in one strand of optical fiber. It can focus positive light.
  • the volume of the device can be made smaller, which has the advantage of ease of practical use and high economical efficiency.
  • the diameter of the final condensed light is 1.5 mm or less, it is easy to introduce the optical fiber and can be incident on all one strand of the optical fiber, thereby minimizing the loss of light and allowing long-distance transmission. Therefore, it is advantageous in terms of economy.
  • the present invention by using an infrared filter, it minimizes the transmission of unnecessary heat of the sunlight for illumination to prevent fire and optical fiber damage, it is possible to separate the infrared for future infrared applications.

Abstract

본 발명은 자연적으로 채광이 가능한 태양광을 2차에 걸쳐 집광하도록 고안하여 기존 기술에 비해 고 효율로 광파이버에 집광하고 전달할 수 있는 조명용 태양광 집광장치에 관한 발명으로 친 환경적이며, 기존 전기를 이용한 조명용 에너지 소비를 절대적으로 저감시킬 수 있는 지속 가능한 신 재생에너지 기술이다. 본 발명을 통하여, 거울을 이용한 빛의 반사와 집광 현상을 1차적으로 이용하고, 볼록렌즈와 볼 렌즈를 사용한 2차 집광부의 고안을 통하여 광파이버의 집광 효율을 향상시켜 한 가닥의 광파이버에 보다 많은 양의 빛을 집광시킬 수 있다. 또, 본 발명은 적외선 필터를 사용하여, 조명용 태양광의 불필요한 열의 전달을 극소화하여 화재와 광파이버 손상을 막을 수 있으며, 향후 필요한 적외선 응용을 위한 적외선 분리가 가능하다.

Description

다중 집광형 조명용 태양광 집속장치
본 발명은 조명용 태양광 집속장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자연 채광이 가능한 태양광을 조명으로 이용하기 위하여 광파이버를 이용하여 고효율로 집속시킬 수 있도록 태양광을 1차 및 2차에 걸쳐 집속이 가능한 조명용 태양광 집속장치에 관한 것이다.
영속적이며 무한한 에너지를 가지는 태양에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 많은 연구가 행해지고 있으며, 최근 비용 및 공해문제로 인하여 화석연료의 사용량을 줄이고자 하는 노력이 세계적으로 이루어지고 있다.
일본의 경우, (주)라포렛 엔지니어링(LA FORET ENGINEERING CO.,LTD)에서는 프리넬 렌즈를 이용한 자연채광 장치(히마와리)를 개발하여 상품화에 성공하였다.
이 장치는 태양광 채광 방법으로 프리넬 렌즈를 사용하였고, 렌즈가 갖고 있는 구면 및 색 수차 등을 최소화하여 1㎜의 직경을 갖는 광파이버 한 가닥에 태양광을 집적 시키는 특징이 있다.
하지만, 태양광을 받아들이는 렌즈의 크기가 직경이 95㎜로 제한되어 있어, 여러 개의 렌즈를 사용하여야만 요구되는 빛의 밝기를 충족시킬 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
또, 미국의 경우, 선라이트 다이렉트 사(Sunlight direct, LLC)에서는 2개의 오목 거울을 사용한 반사형 태양광 집광장치(하이브리드 솔라 라이트닝; Hybrid Solar Lightning, HSL)를 개발 하였다. 이 장치의 특징은 40인치의 대 구경 오목거울을 사용함으로써 대량의 태양광을 집광할 수 있다는 것과 태양광을 반사시키는 거울을 사용하므로써, 색수차로부터 기인하는 집광된 빛의 퍼짐을 줄일 수 있다는 특징이 있다.
하지만, 1차로 입사되는 태양광의 크기가 너무 크기 때문에 여러 가닥의 광파이버를 사용하여야 하며, 이로 인하여 집광 부에서 빛의 손실이 생기는 문제점이 있어 효율측면에서 성능의 개선이 필요한 상황이다.
이외에는 광 파이버 기술이 접목되어 빛의 전달 효율에 대한 기술적 향상과 빛의 파장 유지 등 태양광의 조명에 활용 가능한 상업용 기술 개발의 경우 국내의 기술에서는 아직 초보 단계에 있다고 본다.
본 발명의 일반적인 목적은, 자연 채광이 가능한 태양광을 실내조명으로 이용하기 위하여 광파이버를 이용하여 고효율로 집속시킬 수 있는 조명용 태양광 집속장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 태양광의 집광시 광파이버에서 적외선의 집속으로 인한 발화 위험성을 방지하고, 이를 통해 광파이버의 손상을 최소화할 수 있는 조명용 태양광 집속장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 집속한 태양광을 가시광선과 적외선으로 분리하여 직접조명과 열 에너지원으로 각각 이용함으로써 전체 에너지 이용효율을 높일 수 있는 고효율 태양광 집속장치를 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기본적으로 입사된 태양광을 태양광의 입사방향의 반대방향으로 집광시키는 1차집광거울과, 1차로 집광된 태양광을 다시 순차적으로 집광시키는 2차 또는 3차의 집광렌즈를 포함하여 이루어진다.
즉, 태양광을 1차로 반사를 통해 집광하고, 상기 2차 또는 3차로 볼렌즈, 볼록렌즈 등의 굴절을 통해 집광하게 된다.
또한, 본 발명에서는 입사되고 집광된 태양광으로부터 적외선을 분리 또는 제거시키기 위한 적외선 차단수단 또는 적외선 반사수단이 포함된다.
따라서, 본 발명은 기본적으로 프레임에 설치된 1차집광거울을 포함하고, 2차 또는 3차의 집광렌즈와, 차단수단 또는 적외선 반사수단의 배치의 조합으로 이루어진다.
청구항1의 발명은, 프레임; 상기 프레임의 하부에 설치되어 상기 개구부로부터 입사된 태양광을 입사방향과 반대방향으로 1차집광시키는 1차집광거울; 상기 프레임에 설치되어 상기 1차집광거울로부터 집광된 태양광으로부터 가시광선은 통과시키고, 적외선만을 상기 집광된 태양광의 입사방향에 수직한 방향으로 반사시키는 적외선반사창; 상기 프레임의 상부에 고정되고 내부에 적외선용 광파이버가 삽입되는 적외선집광렌즈고정부재; 상기 적외선집광렌즈고정부재의 일단에 설치되어 상기 적외선반사창에 의해 입사된 적외선을 2차 집광하는 2차적외선집광렌즈; 상기 프레임의 상부측 중심부에 설치되며, 내부에 가시광선용 광파이버가 삽입고정되는 가시광선집광렌즈고정부재; 및 상기 가시광선집광렌즈고정부재의 하측에 설치되어 적외선반사창을 투과한 가시광선을 2차 집광시켜 상기 가시광선용 광파이버에 공급하는 2차가시광선집광렌즈를 포함하는 태양광 집속장치이다.
따라서, 태양광을 1차집광거울, 및 2차적외선집광렌즈와 2차가시광선집광렌즈를 통해 2차에 걸쳐 점진적으로 집광해서 집속율을 높일 수 있다. 또, 집광된 태양광이 가시광선과 적외선으로 분리되서, 가시광선의 최종방향은 태양광의 최초 입사방향과 반대방향을 향하게 되고, 적외선의 최종방향은 태양광의 최초 입사방향과 일치하게 된다.
청구항 2의 발명은, 상기 조명용 태양광 집속장치에서, 상기 적외선반사창은 상기 케이싱에 설치되는 적외선반사창고정부재에 회전가능하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 발명은, 상기 조명용 태양광 집속장치에서, 상기 적외선집광렌즈고정부재는 상기 프레임에 제1고정빔에 의해 고정되고, 상기 적외선용 광파이버는 상기 제1고정빔을 관통하는 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 발명은, 상기 조명용 태양광 집속장치에서, 상기 가시광선집광렌즈고정부재는 상기 프레임에 제2고정빔에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.
청구항 5의 발명은, 프레임; 상기 프레임의 하부에 설치되어 입사된 태양광을 입사방향과 반대방향으로 반사시켜 1차 집광시키는 1차집광거울; 상기 프레임의 상부에 설치되어 상기 1차집광거울로부터 집광된 태양광으로부터 가시광선은 통과시키고, 적외선만을 상기 집광된 태양광의 반대방향으로 반사시키는 적외선반사창; 상기 프레임의 하부에 고정되고 상기 1차집광거울의 중심부 상측으로 연장되어 설치되며, 내부에 적외선용 광파이버가 삽입되는 적외선용 광파이버 지지부재; 상기 적외선용 광파이버 지지부재의 상측에 설치되는 적외선집광렌즈고정부재; 상기 적외선용 렌즈고정부재의 상단에 설치되어 상기 적외선반사창에 의해 입사된 적외선을 2차 집광하는 2차적외선집광렌즈; 상기 프레임의 상부측 중심부에 설치되며, 내부에 가시광선용 광파이버가 삽입고정되는 가시광선집광렌즈고정부재; 및 상기 가시광선집광렌즈고정부재의 하측에 설치되어 적외선반사창을 투과한 가시광선을 2차 집광시켜 상기 가시광선용 광파이버에 공급하는 2차가시광선집광렌즈를 포함하는 태양광 집속장치이다.
따라서, 태양광을 1차집광거울, 및 2차적외선집광렌즈와 2차가시광선집광렌즈를 통해 2차에 걸쳐 점진적으로 집광해서 집속율을 높일 수 있다. 또, 집광된 태양광이 가시광선과 적외선으로 분리되서, 가시광선의 최종방향은 태양광의 최초 입사방향과 반대방향을 향하게 되고, 적외선의 최종방향은 태양광의 최초 입사방향과 수직하게 된다.
청구항 6의 발명은, 상기 조명용 태양광 집속장치에서, 상기 적외선반사창은 상기 가시광선집광렌즈고정부재에 연장되어 일체로 형성되는 적외선반사창고정부재에 설치되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 조명용 태양광 집속장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 조명용 태양광 집속장치를 이용한 태양광 조명시스템을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예2에 따른 고효율 태양광 집속장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예3에 따른 고효율 태양광 집속장치의 개략도이다.
도 5는 도 4의 조명용 태양광 집속장치를 이용한 태양광 조명시스템을 도시한 개념도이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예1에 따른 고효율 태양광 집속장치(500)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고효율 태양광 집속장치(500)의 개략도이다.
상기 태양광 집속장치(500)는 적외선 반사창(512)에 의하여 가시광선과 적외선을 분리하여 집광할 수 있도록 하였다.
상기 태양광 집속장치(500)의 외형은 바닥부와 측벽부를 이루는 프레임(502, 511)에 의해 이루어진다.
상기 프레임(502, 511)의 상측으로태양광이 관통할 수 있는 수광창이 더 설치될 수 있다.
그리고 상기 프레임(502)의 위로 입사된 태양광을 1차적으로 집광시키는 1차집광거울(501)이 배치된다.
상기 1차집광거울(501)은 오목거울로 구성되며, 상기 태양광의 입사방향의 반대방향으로 태양광을 집광하도록 반사시킨다. 상기 1차 집광거울(501)의 초점은 기본적으로 상기 프레임(502, 511)의 중심의 상부측에 형성된다.
또, 상기 1차집광거울(501)의 초점의 위치보다 상기 적외선 반사창(512)이 상기 1차집광거울(501)에 가깝게 배치된다.
상기 케이싱(511)의 상부의 일측에는 적외선집광렌즈고정부재(59)가 제1고정빔(513)에 의해 상기 프레임(511)의 내측 수평방향으로 돌출되어 상기 1차집광거울(501) 위에 위치되도록 설치된다.
상기 적외선집광렌즈고정부재(509)의 내부에는 적외선용 광파이버(510)가 삽입고정된다. 이 때, 상기 적외선용 광파이버(510)가 수평방향을 유지해야 하므로, 상기 적외선용 광파이버(510)는 상기 제1고정빔(513)을 관통하게 설치될 수 있다.
*상기 적외선집광렌즈고정부재(509)의 단부에는 2차적외선집광렌즈(504)가 설치된다.
이 때, 상기 2차적외선집광렌즈(504)의 초점은 상기 적외선용 광파이버(510)의 단부상에 위치하도록 한다. 상기 2차적외선집광렌즈(504)로는 볼렌즈 또는 볼록렌즈를 사용할 수 있다.
따라서, 상기 2차적외선집광렌즈(504)와 상기 적외선용 광파이버(10)의 단부 사이에는 적외선의 집속을 위한 공간이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 적외선용 광파이버(510)는 상기 공간에 단부가 노출되게 설치될 수 있다.
또, 상기 케이싱(511) 상부의 중앙부에는 가시광선집광렌즈고정부재(505)가 제2고정빔(514)에 의해 설치된다.
상기 가시광선집광렌즈고정부재(505)의 상단 중심부에는 가시광선용 광파이버(507)가 삽입설치된다.
상기 가시광선용 광파이버(507)는 상기 1차집광거울(501)과 동축선상에 배열시키는 것이 렌즈의 배치에 유리한다.
그리고, 상기 가시광선집광렌즈고정부재(505)의 하단부에는 2차가시광선집광렌즈(503)가 설치된다. 상기 2차가시광선집광렌즈(503)의 초점은 상기 가시광선용 광파이버(507)의 하단부상에 위치하도록 한다.
본 발명의 실시예1에서는 상기 2차가시광선집광렌즈(503)로 볼렌즈를 사용하였으나, 볼록렌즈 또는 반구렌즈를 사용하는 것도 가능하다.
상기 2차가시광선집광렌즈(503)의 상부에는 태양광의 집속을 위한 공간이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 가시광선용 광파이버(507)는 상기 공간에 하단부가 노출되게 설치될 수 있다.
상기 2차가시광선집광렌즈(503)와 상기 2차적외선집광렌즈(504)에 상기 1차집광거울(501)에 의해 집광된 태양광을 가시광선과 적외선으로 분리하여 공급하기 위한 적외선 반사창(512)이 설치된다.
상기 적외선반사창(512)은 상기 프레임(511)에 고정된 적외선반사창고정부재(515)에 의해 고정된다.
이 때, 상기 적외선반사창(512)은 상기 적외선반사창고정부재(515)에 회전가능하도록 설치되어, 반사각도를 조정하여 세팅할 수 있도록 한다.
상기 적외선 반사창(512)은 상기 1차집광거울(501)에 의해 집광된 태양광을 가시광선과 적외선으로 분리하는 역할을 한다. 즉, 적외선은 상기 적외선 반사창(512)에 의해 반사되고, 적외선을 제외한 태양광은 상기 적외선 반사창(512)을 투과하게 된다.
이러한 기능을 수행하기 위해 상기 적외선 반사창(512)에는 적외선 반사필름이 증착된다. 본 발명의 실시예1에서는 상기 적외선 반사창(512)은 평판형태의 유리를 사용한다.
그리고, 상기 적외선 반사창(512)은 상기 태양광의 입사방향에 대하여 일정한 각도로 경사지게 설치된다. 상기 적외선 반사창(512)의 경사각도는 대략 45°이다.
따라서, 상기 적외선 반사창(512)은 상기 1차집광거울(501)로부터 집광된 태양광에서 적외선만을 태양광의 입사방향에 직각방향으로 진행하도록 하고 가시광선을 포함하는 다른 영역의 빛은 상기 태양광의 입사방향의 반대방향으로 투과시킨다.
그리고, 상기 1차집광거울(501)의 초점은 상기 적외선 반사창(512)보다 상측에 위치하도록 배치되어 있다. 따라서, 태양광은 상기 적외선 반사창(512)에 의해 분광되므로, 상기 가시광선의 초점의 위치는 변함이 없으나 적외선의 초점은 상기 태양광의 입사방향에 수직한 방향으로 형성된다.
그리고, 상기 가시광선의 초점은 상기 2차가시광선집광렌즈(503)보다 하측에 위치하고, 상기 적외선의 초점은 상기 2차적외선집광렌즈(504)보다 전단, 즉 상기 2차적외선집광렌즈(504)를 기준으로 상기 적외선용 광파이버(510)의 반대측에 위치하게 된다.
실시예1의 고효율 태양광 집속장치(500)는 기본적으로 상기와 같이 구성된다. 이하, 상기 태양광 집속장치(500)의 태양광의 경로에 대해 도 1 및 도 2를 통하여 설명한다.
상기 1차집광거울(501)로 입사된 태양광은, 상기 적외선 반사창(512)을 향해 집속된다.
상기 적외선 반사창(512)에 의해 태양광은 상기 가시광선과 적외선으로 분광된다. 즉, 상기 적외선 반사창(512)을 통과할 수 있는 가시광선은 상기 2차가시광선집광렌즈(503)로 상기 태양광의 입사방향에 반대방향으로 입사되고, 상기 적외선 반사창(512)에 의해 반사된 적외선은 상기 태양광의 입사방향에 수직한 방향으로 상기 2차적외선집광렌즈(504)로 입사된다.
상기 2차적외선집광렌즈(504)로 공급된 적외선은 다시 2차로 집광되어 최종적으로 상기 적외선용 광파이버(510)에 전달된다.
상기 적외선용 광파이버(510)를 통해 전달되는 적외선은 온수장치와 증기 발생기 등에 사용될 수 있다. 따라서, 상기 집광된 적외선을 상기 적외선 광파이버(510)에 연결된 열교환기(550)를 통해 상기 적외선이 포함하고 있는 열을 물과 같은 열매체로 전달하게 된다.
또한, 상기 적외선 반사창(512)에 공급된 태양광 중에서 가시광선은 상기 적외선 반사창(512)을 투과하여 상기 2차가시광선집광렌즈(503)로 공급된다.
상기 2차가시광선집광렌즈(503)로 공급된 가시광선은 다시 2차로 집광되어 최종적으로 상기 가시광선용광파이버(507)에 전달된다.
상기 가시광선용 광파이버(507)를 통해 전달되는 태양광은 상기 발광부(544)를 통해 실내에서 조명용으로 사용되게 된다. 상기 발광부(544)는 상기 가시광선용 광파이버(507)의 단부를 필라멘트와 같이 사용하는 발광팁(미도시)과, 상기 발광팁이 발광하는 빛을 일측방향으로 향하도록 반사하여 주는 전등갓(542)을 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시예2에 따른 고효율 태양광 집속장치(600)의 개략도이다.
상기 태양광 집속장치(600)는 적외선 반사창(624)에 의하여 가시광선과 적외선을 분리하여 집광할 수 있도록 하였다.
상기 태양광 집속장치(600)의 외형은 내부에 공간을 가지는 프레임(614)에 의해 이루어진다.
상기 프레임(614)의 상측으로는 태양광을 받아들일 수 있는 수광창(612)이 설치될 수 있다.
그리고 상기 프레임(614)의 하부에는 상기 수광창(612)으로 입사된 태양광을 1차적으로 집광시키는 1차집광거울(632)이 배치된다.
상기 1차집광거울(632)은 오목거울로 구성되며, 상기 태양광 입사방향의 반대방향으로 태양광을 집광하도록 반사시킨다. 상기 1차집광거울(632)의 초점은 상기 케이싱의 중심의 상부측에 형성된다.
상기 프레임(614)의 하부의 중심부에는 적외선용 광파이버 지지부재(630)가 상기 프레임(614)의 내부공간을 향하여 돌출되도록 형성된다.
상기 적외선용 광파이버 지지부재(630)는 대략 튜브 형상이며, 상기 적외선용 광파이버 지지부재(630)의 내부에는 적외선용 광파이버(634)가 삽입고정된다.
상기 적외선용 광파이버 지지부재(630)의 상측에는 적외선 렌즈고정부재(622)가 일체로 형성된다.
상기 적외선 렌즈고정부재(622)의 상측에는 2차적외선집광렌즈(618)가 설치된다.
이 때, 상기 2차적외선집광렌즈(618)의 초점은 상기 적외선용 광파이버(634)의 상단부상에 위치하도록 한다. 상기 2차적외선집광렌즈(618)로는 볼록렌즈를 사용할 수 있다.
상기 2차적외선집광렌즈(618)의 하부에는 태양광의 집속을 위한 제1공간(626)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 적외선용 광파이버(634)는 상기 제1공간(626)에 상단부가 노출되게 설치될 수 있다.
또, 상기 프레임(614)의 상부인 상기 수광창(612)의 중앙부에는 가시광선집광렌즈 고정부재(620)가 설치된다.
상기 가시광선집광렌즈 고정부재(620)의 상단 중심부에는 가시광선용 광파이버(636)가 삽입설치된다.
상기 가시광선용 광파이버(636)는 상기 적외선용 광파이버(634)와 동축선상에 배열시키는 것이 렌즈의 배치에 유리하다.
그리고, 상기 가시광선집광렌즈 고정부재(620)의 하단부에는 2차가시광선집광렌즈(616)가 설치된다. 상기 2차가시광선집광렌즈(616)의 초점은 상기 가시광선용 광파이버(636)의 하단부상에 위치하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는 상기 2차가시광선집광렌즈(616)로 볼렌즈를 사용하였으나, 볼록렌즈 또는 반구렌즈를 사용하는 것도 가능하다.
상기 2차가시광선집광렌즈(616)의 상부에는 태양광의 집속을 위한 제3공간(642)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 가시광선용 광파이버(636)는 상기 제3공간(642)에 하단부가 노출되게 설치될 수 있다.
상기 가시광선집광렌즈 고정부재(620)의 하측에는 적외선 반사창 고정부재(628)가 연장되어 설치된다.
상기 적외선 반사창 고정부재(628)의 하단부에는 적외선 반사창(624)이 설치된다. 따라서, 상기 2차가시광선집광렌즈(616)와 상기 적외선 반사창(624) 사이에 제2공간(640)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 적외선 반사창(624)은 상기 2차가시광선집광렌즈(616)와 상기 2차적외선집광렌즈(618)의 사이에 배치된다.
상기 적외선 반사창(624)은 상기 1차집광거울(632)에 의해 집광된 태양광을 가시광선과 적외선으로 분리하는 역할을 한다. 즉, 적외선은 상기 적외선 반사창(624)에 의해 반사되고, 적외선을 제외한 태양광은 상기 적외선 반사창(624)을 투과하게 된다.
이러한 기능을 수행하기 위해 상기 적외선 반사창(624)에는 적외선 반사필름이 증착된다.
본 발명의 실시예2에서는 상기 적외선 반사창(624)은 평판형태의 유리를 사용한다.
따라서, 상기 적외선 반사창(624)은 상기 1차집광거울(632)로부터 집광된 태양광에서 적외선만을 하향으로 조사되도록 하고 가시광선을 포함하는 다른 영역의 빛은 투과시킨다.
실시예2의 고효율 태양광 집속장치(600)는 기본적으로 상기와 같이 구성된다. 이하, 상기 태양광 집속장치(600)의 태양광의 경로에 대해 도 3 및 도 4를 통하여 설명한다.
상기 수광창(612)을 통해 입사된 태양광은 상기 1차집광거울(632)까지 도달하여, 상기 적외선 반사창(624)을 향해 집속된다.
상기 적외선 반사창(624)에 의해 태양광은 상기 가시광선과 적외선으로 분광된다. 즉, 상기 적외선 반사창(624)을 통과할 수 있는 가시광선은 상기 2차가시광선 집광렌즈(616)로 입사되고, 상기 적외선 반사창(624)에 의해 반사된 적외선은 상기 2차적외선집광렌즈(618)로 입사된다.
상기 2차적외선집광렌즈(618)로 공급된 적외선은 다시 2차로 집광되어 최종적으로 상기 적외선용 광파이버(634)에 전달된다.
상기 적외선용 광파이버(634)를 통해 전달되는 적외선은 온수장치와 증기 발생기 등에 사용될 수 있다. 따라서, 상기 집광된 적외선을 상기 적외선 광파이버(634)에 연결된 열교환기(650)를 통해 상기 적외선이 포함하고 있는 열을 물과 같은 열매체로 전달하게 된다.
또한, 상기 적외선 반사창(624)에 공급된 태양광 중에서 가시광선은 상기 적외선 반사창(624)을 투과하여 상기 2차가시광선집광렌즈(616)로 공급된다.
상기 2차가시광선집광렌즈(616)로 공급된 가시광선은 다시 2차로 집광되어 최종적으로 상기 가시광선용 광파이버(636)에 전달된다.
상기 가시광선용 광파이버(636)를 통해 전달되는 태양광은 상기 발광부(644)를 통해 실내에서 조명용으로 사용되게 된다.
상기 발광부(644)는 상기 가시광선용 광파이버(636)의 단부를 필라멘트와 같이 사용하는 발광팁(미도시)과, 상기 발광팁이 발광하는 빛을 일측방향으로 향하도록 반사하여 주는 전등갓(638)을 포함한다.
다음으로, 본 발명의 실시예3에 따른 고효율 태양광 집속장치(700)를 도 5을 참조하여 설명한다. 실시예3에서 각 구성요소의 설명 중 실시예2와 동일한 것에 대하여는 그 자세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 실시예7에 따른 고효율 태양광 집속장치(700)의 개략도이다.
상기 태양광 집속장치(700)는 적외선 반사창(713)에 의하여 가시광선과 적외선을 분리하여 집광할 수 있도록 하였다.
상기 태양광 집속장치(700)의 외형은 내부에 공간을 가지는 프레임(714)에 의해 이루어진다.
상기 프레임(714)의 상측으로는 태양광을 받아들일 수 있는 수광창(712)이 설치될 수 있다.
그리고 상기 프레임(714)의 하부에는 상기 수광창(712)으로 입사된 태양광을 1차적으로 집광시키는 1차집광거울(732)이 배치된다.
상기 1차집광거울(732)은 오목거울로 구성되며, 상기 태양광 입사방향의 반대방향으로 태양광을 집광하도록 반사시킨다.
상기 프레임(714)의 하부의 중심부에는 적외선용 광파이버 지지부재(730)가 상기 프레임(714)의 내부공간을 향하여 돌출되도록 형성된다.
상기 적외선용 광파이버 지지부재(730)는 대략 튜브 형상이며, 상기 적외선용 광파이버 지지부재(730)의 내부에는 적외선용 광파이버(734)가 삽입고정된다.
상기 적외선용 광파이버 지지부재(730)의 상측에는 적외선 렌즈고정부재(722)가 일체로 형성된다.
상기 적외선 렌즈고정부재(722)의 상측에는 2차적외선집광렌즈(718)가 설치된다. 상기 2차적외선집광렌즈(718)로는 볼록렌즈를 사용할 수 있다.
상기 2차적외선집광렌즈(718)의 하부에는 태양광의 집속을 위한 제1공간(726)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 적외선용 광파이버(734)는 상기 제1공간(726)에 상단부가 노출되게 설치될 수 있다.
또, 상기 프레임(714)의 상부인 상기 수광창(712)의 중앙부에는 가시광선집광렌즈 고정부재(720)가 설치된다.
상기 가시광선집광렌즈 고정부재(720)의 상단 중심부에는 가시광선용 광파이버(736)가 삽입설치된다.
상기 가시광선용 광파이버(736)는 상기 적외선용 광파이버(734)와 동축선상에 배열시키는 것이 렌즈의 배치에 유리하다.
그리고, 상기 가시광선집광렌즈 고정부재(720)의 하단부에는 2차가시광선집광렌즈(716)가 설치된다. 본 발명의 실시예에서는 상기 2차가시광선집광렌즈(716)로 볼렌즈를 사용하였으나, 볼록렌즈 또는 반구렌즈를 사용하는 것도 가능하다.
상기 2차가시광선집광렌즈(716)의 상부에는 태양광의 집속을 위한 제3공간(742)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 가시광선용 광파이버(736)는 상기 제3공간(742)에 하단부가 노출되게 설치될 수 있다.
상기 가시광선집광렌즈 고정부재(720)의 하측에는 적외선 반사창 고정부재(728)가 연장되어 설치된다.
상기 적외선 반사창 고정부재(728)의 하단부에는 적외선 반사창(713)이 설치된다. 따라서, 상기 2차가시광선집광렌즈(716)와 상기 적외선 반사창(713) 사이에 제2공간(740)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 적외선 반사창(713)은 상기 2차가시광선집광렌즈(716)와 상기 2차적외선집광렌즈(718)의 사이에 배치된다. 상기 적외선 반사창(713)에는 적외선 반사필름이 증착된다.
실시예3의 태양광 집속장치(700)는 실시예2의 상기 태양광 집속장치(600)와 달리, 적외선 반사창(713)으로써 볼록렌즈에 적외선 반사필름이 증착된 것을 사용한다.
이러한 볼록렌즈의 형태로 적외선을 반사시킬 경우, 상기 적외선 반사창(713)에 의해 반사된 적외선이 평행광의 형태로 입사되기 때문에, 적외선 집광부의 위치가 1차집광거울(732) 측으로 더 내려갈 수 있다.
따라서, 채광할 수 있는 공간을 더 늘릴 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예2의 평면의 적외선 반사창(624)과는 달리, 볼록렌즈에 의한 적외선 반사창(713)으로 반사를 시킬 경우, 적외선이 평행광의 형태로 적외선 집광렌즈를 향하여 집속되기 때문에, 상기 적외선 반사창(713)에 의할 경우에 생기는 주위로 퍼져나가는 적외선이 없어서 집광효율을 훨씬 더 높일 수 있는 특징이 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명을 통하여, 거울을 이용한 빛의 반사와 집광 현상을 1차적으로 이용하고, 볼록렌즈와 볼 렌즈를 사용한 2차 집광부의 고안을 통하여 광파이버의 집광 효율을 향상시켜 한 가닥의 광파이버에 보다 많은 양의 빛을 집광시킬 수 있다.
이러한 한 가닥으로 구성된 광 섬유의 경우 그 자체의 빛 전달 효율은 70% 이상으로 향후 빛 전달 효율을 훨씬 향상시킬 수 있는 기술이다.
또한, 미국에서 개발된 HSL의 경우와 달리 1차집광거울과 2차반사경 사이의 거리를 더 짧게 할 수 있으므로, 장치의 부피를 보다 작게 할 수 있어 실용화가 용이하고 경제성이 높다는 장점을 가진다.
또한, HSL의 경우 최종적으로 집광된 빛의 크기가 한 가닥의 광 섬유로 모아 전달하기에는 수 배 이상 크기 때문에 사용할 수 있는 기술인 광파이버 다발을 사용하여서 빛을 전송하므로 광 파이버에 입사시에 이미 많은 빛의 손실이 발생하는 문제점이 있다.
반면에 본 발명에서 사용한 2차 집광의 경우, 최종 집광된 빛의 직경이 1.5㎜ 이하로 광파이버 도입이 용이하고 광파이버 한 가닥에 전부 입사시킬 수 있으므로 빛의 손실을 최소화 할 수 있으며, 장거리 전송도 가능하므로 경제면에서도 유리하다.
또한, 본 발명은 적외선 필터를 사용하여, 조명용 태양광의 불필요한 열의 전달을 극소화하여 화재와 광파이버 손상을 막을 수 있으며, 향후 필요한 적외선 응용을 위한 적외선 분리가 가능하다.

Claims (6)

  1. 프레임;
    상기 프레임의 하부에 설치되어 상기 개구부로부터 입사된 태양광을 입사방향과 반대방향으로 1차집광시키는 1차집광거울;
    상기 프레임에 설치되어 상기 1차집광거울로부터 집광된 태양광으로부터 가시광선은 통과시키고, 적외선만을 상기 집광된 태양광의 입사방향에 수직한 방향으로 반사시키는 적외선반사창;
    상기 프레임의 상부에 고정되고 내부에 적외선용 광파이버가 삽입되는 적외선집광렌즈고정부재;
    상기 적외선집광렌즈고정부재의 일단에 설치되어 상기 적외선반사창에 의해 입사된 적외선을 2차 집광하는 2차적외선집광렌즈;
    상기 프레임의 상부측 중심부에 설치되며, 내부에 가시광선용 광파이버가 삽입고정되는 가시광선집광렌즈고정부재; 및
    상기 가시광선집광렌즈고정부재의 하측에 설치되어 적외선반사창을 투과한 가시광선을 2차 집광시켜 상기 가시광선용 광파이버에 공급하는 2차가시광선집광렌즈를 포함하는 조명용 태양광 집속장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적외선반사창은 상기 케이싱에 설치되는 적외선반사창고정부재에 회전가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 조명용 태양광 집속장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적외선집광렌즈고정부재는 상기 프레임에 제1고정빔에 의해 고정되고, 상기 적외선용 광파이버는 상기 제1고정빔을 관통하는 것을 특징으로 하는 조명용 태양광 집속장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가시광선집광렌즈고정부재는 상기 프레임에 제2고정빔에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 조명용 태양광 집속장치.
  5. 프레임;
    상기 프레임의 하부에 설치되어 입사된 태양광을 입사방향과 반대방향으로 반사시켜 1차 집광시키는 1차집광거울;
    상기 프레임의 상부에 설치되어 상기 1차집광거울로부터 집광된 태양광으로부터 가시광선은 통과시키고, 적외선만을 상기 집광된 태양광의 반대방향으로 반사시키는 적외선반사창;
    상기 프레임의 하부에 고정되고 상기 1차집광거울의 중심부 상측으로 연장되어 설치되며, 내부에 적외선용 광파이버가 삽입되는 적외선용 광파이버 지지부재;
    상기 적외선용 광파이버 지지부재의 상측에 설치되는 적외선집광렌즈고정부재;
    상기 적외선용 렌즈고정부재의 상단에 설치되어 상기 적외선반사창에 의해 입사된 적외선을 2차 집광하는 2차적외선집광렌즈;
    상기 프레임의 상부측 중심부에 설치되며, 내부에 가시광선용 광파이버가 삽입고정되는 가시광선집광렌즈고정부재; 및
    상기 가시광선집광렌즈고정부재의 하측에 설치되어 적외선반사창을 투과한 가시광선을 2차 집광시켜 상기 가시광선용 광파이버에 공급하는 2차가시광선집광렌즈를 포함하는 조명용 태양광 집속장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 적외선반사창은 상기 가시광선집광렌즈고정부재에 연장되어 일체로 형성되는 적외선반사창고정부재에 설치되는 것을 특징으로 하는 조명용 태양광 집속장치.
PCT/KR2009/001313 2008-03-18 2009-03-17 다중 집광형 조명용 태양광 집속장치 WO2009116772A2 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080025079A KR100891015B1 (ko) 2008-03-18 2008-03-18 적외선과 가시광선을 반대방향으로 분리하여 집광하는태양광 집속장치
KR10-2008-0025074 2008-03-18
KR10-2008-0025079 2008-03-18
KR1020080025074A KR100917707B1 (ko) 2008-03-18 2008-03-18 적외선과 가시광선을 수직방향으로 분리하여 집광하는태양광 집속장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2009116772A2 true WO2009116772A2 (ko) 2009-09-24
WO2009116772A3 WO2009116772A3 (ko) 2009-12-23

Family

ID=41091377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2009/001313 WO2009116772A2 (ko) 2008-03-18 2009-03-17 다중 집광형 조명용 태양광 집속장치

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2009116772A2 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06138374A (ja) * 1992-10-30 1994-05-20 Canon Inc 視線検出装置を有する光学装置
JPH08329710A (ja) * 1995-05-30 1996-12-13 Sanyo Electric Co Ltd 太陽光採光装置
JPH09147602A (ja) * 1995-09-20 1997-06-06 Toshiba Lighting & Technol Corp 混光照明装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06138374A (ja) * 1992-10-30 1994-05-20 Canon Inc 視線検出装置を有する光学装置
JPH08329710A (ja) * 1995-05-30 1996-12-13 Sanyo Electric Co Ltd 太陽光採光装置
JPH09147602A (ja) * 1995-09-20 1997-06-06 Toshiba Lighting & Technol Corp 混光照明装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009116772A3 (ko) 2009-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010147424A2 (ko) 자연 채광 장치 및 이를 이용한 하이브리드 조명 시스템
EP0610033B1 (en) Collection optics for high brightness discharge light source
KR20090072427A (ko) 전방집광형 조명용 태양광 집속장치
WO2006125028A3 (en) Apparatus and method for collecting energy
WO2012070799A2 (ko) 태양광 집광 구조와 다중집광 방법 및 태양광 송광장치
WO2017116002A1 (ko) 발광 장치, 이 장치를 포함하는 광학 모듈, 및 이 모듈을 포함하는 차량
WO2011115359A2 (en) Solar collection apparatus and steam generator using the same
KR20140059434A (ko) 태양광 광결합기 및 그것을 포함한 태양광 시스템
KR100986252B1 (ko) 자연채광을 위한 태양광 집광장치
Tembhare et al. A review study on the multiple and useful application of fiber optic illumination system
KR101671455B1 (ko) 태양광 조명, 살균 및 열전발전을 위한 태양광 집광기
KR101188515B1 (ko) 추적방식의 태양 광 조명장치
WO2009116772A2 (ko) 다중 집광형 조명용 태양광 집속장치
KR850001618B1 (ko) 태양광 수집 장치
WO2013168944A1 (ko) 광원의 유휴 파장 영역의 빛을 이용하는 발전장치
KR20100037912A (ko) 고효율 태양광 조명시스템
WO2020149590A1 (ko) 태양 에너지를 이용한 복합 발전 시스템 및 이를 포함하는 수소생산 시스템
WO2013154388A1 (ko) 고효율 실내형 태양광 발전 장치
KR101790560B1 (ko) 태양광 집광 발전기 내장형 자주식 가로등
KR20060051201A (ko) 발광소자를 이용한 조명장치
WO2011087194A1 (ko) 태양광 집광장치
WO2018174323A1 (ko) 계단형 도파로를 기반으로 하는 복합 태양광 조명 시스템 및 방법
KR101674042B1 (ko) 태양광을 이용한 조명 시스템
KR101722514B1 (ko) 태양광 전송 장치
JPH087618A (ja) 太陽光を利用した照明装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09721690

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09721690

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2