KR101770311B1 - Apparatus for concentrating sunlight - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 집광장치에 관한 것으로서, 받아들인 태양광을 그 내부에서 2회 이상 반사하여 집광시키는 집광부, 집광부의 하부에 고정되며, 집광부를 통과한 집광된 빛을 받아 반사하는 반사판을 구비하고 하부로 개방된 틸팅케이스, 틸팅케이스를 틸팅 운동 가능하게 지지하며 광통로를 갖는 패닝구조체, 패닝구조체를 패닝운동 가능하게 지지하는 지지수단, 패닝구조체에 장착된 상태로 틸팅케이스를 틸팅시켜, 집광부가 태양의 고도변화에 대응하여 움직이게 하는 틸팅부, 패닝구조체에 설치되되 지지수단에 지지된 상태로 패닝구조체를 패닝 운동시켜 집광부가 태양의 방위변화에 대응하여 움직이게 하는 패닝부 및 틸팅부와 패닝부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 태양에 대한 집광부의 추종운동이 매우 정확하여 그만큼 신뢰성이 뛰어나고, 또한 광경로의 내부로 각종 먼지나 오염물질이 침투하는 것이 완벽히 차단되므로 통과하는 빛 에너지의 손실이 없고, 또한, 자연의 태양광 그대로를 집광하여 전송하는 방식으로 가시광선뿐만이 아니라 자외선과 적외선도 온전히 투과시켜 실내조명, 식물생장, 살균/소독, 비타민D생성, 냉난방 등 실내에서도 자연에서의 태양광과 동일한 효과를 볼 수 있어 다양한 목적으로 활용할 수도 있다.The present invention relates to a solar light concentrator, and more particularly, to a solar concentrator which includes a light collecting part for reflecting sun light received therein at least two times and condensing the collected sun light, a reflecting plate for receiving the condensed light passing through the light collecting part, A tilting case opened to the lower side, a panning structure supporting the tilting case so as to be tilting movable and having a light path, supporting means for supporting the panning structure so as to be capable of panning, tilting the tilting case in a state of being mounted on the panning structure, A tilting portion for moving the condensing portion in accordance with the altitude change of the sun; a panning portion and a tilting portion for panning the panning structure in a state where the panning structure is supported by the supporting means, And a control unit for controlling the operation of the panning unit, wherein the tracking motion of the light collecting unit with respect to the sun is very accurate In addition, since the penetration of various dusts and contaminants into the inside of the optical path is completely blocked, there is no loss of light passing therethrough, and in addition, a natural sunlight is concentrated and transmitted, Ultraviolet rays and infrared rays are also totally penetrated, and indoor light, plant growth, sterilization / disinfection, vitamin D generation, air conditioning and heating can be used for various purposes.
Description
본 발명은 태양광을 집광하기 위한 집광장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양의 위치를 따라 틸팅 및 패닝이 정밀 구현되도록 구성된 태양광 집광장치에 관한 것이다. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a light concentrating apparatus for concentrating solar light, and more particularly, to a solar concentrating apparatus configured to precisely implement tilting and panning along a sun's position.
석유나 천연가스 등의 화석에너지의 고갈과 지구 온난화 현상에 따른 심각하고 다양한 문제들이 연일 이슈화 되면서, 국제적으로 환경 규제가 강화됨과 동시에 화석연료의 사용이 억제되고 있으며, 태양에너지나 풍력 또는 조력 등을 이용한 신재생 에너지에 대한 관심이 증대하고 있다. As the exhaustion of fossil energy such as petroleum and natural gas and the serious and diverse problems caused by global warming have been raised every day, international regulations on environment have been strengthened and the use of fossil fuels has been suppressed and solar energy, wind power, There is growing interest in using renewable energy.
신재생 에너지 중에서도 태양에너지는 다양한 방식으로 활용되고 있다. 가령, 태양열을 축열 하여 난방용으로 사용한다거나, 열에너지를 전기에너지로 전환하여 전력원으로 이용한다거나, 또는 빛 자체를 유도하여 실내조명용으로 사용하기도 하는 것이다.Among renewable energy, solar energy is being utilized in various ways. For example, solar heat can be used for heating, heat energy can be converted into electric energy to be used as a power source, or light itself can be used for indoor lighting.
가령, 국내등록실용신안공보 제20-0303227호와 같이, 태양광을 집광하여 실내의 조명에 응용하는 태양광 집광장치를 이용한 일조권 확보장치와 같은 기술도 개발되어 있는 것이다.For example, as disclosed in Korean Utility Model Registration Utility Model No. 20-0303227, techniques such as a daylight saving device using a sunlight condensing device for collecting sunlight and applying it to indoor illumination have been developed.
상기 종래의 일조권 확보장치는, 태양광을 반사하는 반사부와, 상기 반사부의 전방에 설치되며 반사부에 의해 반사된 빛을 집광하는 집광부와, 집광부에 의해 반사된 빛을 받아 길이방향으로 이동시키는 광섬유와, 광섬유의 단부에 설치되는 태양광조사부의 구성을 갖는다.The conventional daylight-holding apparatus includes a reflecting unit that reflects sunlight, a condensing unit that is disposed in front of the reflecting unit and condenses light reflected by the reflecting unit, and a condensing unit that receives light reflected by the condensing unit, An optical fiber for moving the optical fiber, and a solar irradiator provided at the end of the optical fiber.
그런데 상기 일조권 확보장치는, 반사부의 전면에 집광부를 지지시키기 위한 프레임이 위치하기 때문에, 반사부에 항상 그늘이 드리워지므로 그만큼 효율이 떨어진다. 상기 프레임은 집광부를 강력하고 안정적으로 고정하여야 하기 때문에 어느 정도 이상의 강성을 가져야 하므로, 그늘의 면적을 줄이기 위해 이를테면 얇게 제작할 수도 없다. However, since the frame for supporting the light collecting portion is disposed on the entire surface of the reflection portion, the shadow light is always scattered on the reflection portion of the daylight saving device. Since the frame has to have a certain degree of stiffness to secure the light collecting part strongly and stably, it can not be made thin, for example, in order to reduce the area of the shade.
또한 집광부로 입사시키기 위하여 적외선대역은 필터 처리를 하거나 빛이 광섬유를 따라 이동하는 동안 적외선과 자외선대역은 차단 또는 거의 감쇄되어 없어진다는 단점도 있다. 집광부로 입사한 광량 대비, 광섬유 말단의 태양광조사부를 통해 조사되는 광량이 작다는 의미는 장치의 전체적인 효율이 떨어진다는 의미이다.In addition, there is a disadvantage in that the infrared band is filtered or the infrared and ultraviolet band are blocked or almost attenuated while the light travels along the optical fiber to enter the light collecting part. The fact that the amount of light irradiated through the irradiation part of the optical fiber end is smaller than the amount of light incident on the light collecting part means that the overall efficiency of the device is lowered.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 태양에 대한 집광부의 추종운동이 정밀하여 그만큼 신뢰성이 뛰어나고, 또한 광경로의 내부로 각종 먼지나 오염물질이 침투하는 것이 완벽히 차단되므로 광손실이 거의 없는 태양광 집광장치를 제공함에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a light source device and a method of manufacturing the same, There is an object to provide a solar concentrating apparatus which does not have a solar cell.
또한, 본 발명은 자연의 태양광 그대로를 집광하여 전송하는 방식으로 가시광선 뿐만이 아니라 자외선과 적외선도 온전히 투과시켜 실내조명, 식물생장, 살균/소독, 비타민D생성, 냉난방 등 실내나 지하에서도 자연에서의 태양광과 동일한 효과를 볼 수 있는 태양광 집광장치를 제공함에 목적이 있다.The present invention also relates to a method of concentrating natural sunlight and transmitting the sunlight as well as not only visible light but also ultraviolet light and infrared light so that it can be used in indoor or underground environments such as indoor lighting, plant growth, sterilization / disinfection, The present invention is directed to a solar light concentrator which can exhibit the same effect as the solar light of the sun light.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 집광장치는, 받아들인 태양광을 그 내부에서 2회 이상 반사하여 집광시키는 집광부; 상기 집광부의 하부에 고정되며, 집광부를 통과한 집광된 빛을 받아 반사하는 반사판을 구비하고, 하부로 개방된 틸팅케이스; 상기 틸팅케이스를 틸팅 운동 가능하게 지지하며 광통로를 갖는 패닝구조체; 상기 패닝구조체를 패닝운동 가능하게 지지하는 지지수단; 상기 패닝구조체에 장착된 상태로 틸팅케이스를 틸팅시켜, 상기 집광부가 태양의 고도변화에 대응하여 움직이게 하는 틸팅부; 상기 패닝구조체에 설치되되, 상기 지지수단에 지지된 상태로 상기 패닝구조체를 패닝운동시켜, 상기 집광부가 태양의 방위변화에 대응하여 움직이게 하는 패닝부; 및 상기 틸팅부와 패닝부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a solar light concentrating apparatus comprising: a light collecting unit for reflecting sunlight received therein at least two times, A tilting case which is fixed to a lower portion of the light collecting portion and has a reflector for receiving and condensing the condensed light passing through the light collecting portion and opened downward; A panning structure supporting the tilting case in a tilting motion and having a light path; Supporting means for supporting the panning structure so as to be capable of panning; A tilting unit that tilts the tilting case in a state of being mounted on the panning structure and moves the condensing unit in accordance with the altitude change of the sun; A panning unit installed in the panning structure and panning the panning structure in a state of being supported by the supporting unit to move the focusing unit in accordance with the azimuth change of the sun; And a control unit for controlling operations of the tilting unit and the panning unit.
또한, 상기 집광부는, 일정직경의 집광케이스; 상기 집광케이스의 내부에 설치되며 태양광을 받아 반사하며 집광하고 그 중심부에 센터홀을 갖는 주경; 상기 주경과 마주하며 주경에 의해 집광된 빛을 받아 반사하여 상기 센터홀을 통과시키는 부경; 및 상기 부경을 그 중심에 가지며 집광케이스을 커버하여 주경의 상부공간을 밀폐하는 투광커버를 구비한 것을 특징으로 한다.The condensing unit may include a condensing case having a predetermined diameter; A main mirror installed in the light-collecting case, receiving sunlight to reflect and condense the light, and having a center hole at the center thereof; A sub-mirror facing the main mirror and reflecting the light condensed by the main mirror to pass through the center hole; And a light-transmissive cover for covering the upper space of the main mirror by covering the light-collecting case at the center of the sub-mirror.
또한, 상기 반사판은, 상기 센터홀을 통과한 집광된 빛을 받아 반사하여 상기 광통로로 유도하는 거울로서 그 양측부에 회전축을 가지며, 상기 틸팅케이스의 내부에는, 상기 반사판의 회전축을 회전가능하게 지지하는 지지프레임과, 상기 지지프레임에 설치되며 상기 거울의 각도를 조절하는 각도조절부가 구비된 것을 특징으로 한다.The reflector may be a mirror that reflects the condensed light passing through the center hole and guides the condensed light to the optical path. The reflector has a rotation axis on both sides of the mirror, and the rotation axis of the reflection plate is rotatably disposed inside the tilting case A support frame for supporting the support frame, and an angle adjusting unit installed on the support frame for adjusting the angle of the mirror.
아울러, 상기 지지수단은, 지지력을 제공하는 베이스; 상기 베이스의 상부에 구비되며 상기 패닝구조체를 패닝운동 가능하게 받쳐 지지하는 받침부; 및 상기 베이스에 고정되며 그 일부가 상기 패닝구조체의 내부에 위치하고 수직의 광통로를 제공하는 중공형 고정실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the supporting means may include: a base for providing a supporting force; A pedestal provided on the base and supporting the panning structure so as to be panned; And a hollow fixed cylinder fixed to the base, a part of which is positioned inside the panning structure and provides a vertical light path.
또한, 상기 집광부의 센터홀 또는 패닝구조체 내의 광통로에는, 센터홀 또는 광통로를 차단하며 집광된 빛을 통과시키는 투광성밀폐기가 더 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the light path in the center hole or the panning structure of the light collecting part may further include a light-transmitting sealer for blocking the center hole or the light path and allowing the condensed light to pass therethrough.
또한, 상기 투광성밀폐기는, 상기 집광을 통과시키는 석영판; 및 상기 석영판을 그 내부에 수용하는 홀더를 구비하는 것을 특징으로 한다.Further, the translucent sealer may include: a quartz plate for passing the condensed light; And a holder for accommodating the quartz plate therein.
또한, 상기 틸팅케이스는 틸팅샤프트를 통해 패닝구조체에 틸팅 가능하게 지지되고, 상기 틸팅부는, 상기 틸팅샤프트에 고정되는 틸팅워엄휠; 상기 틸팅워엄휠과 치합하는 틸팅워엄; 및 상기 틸팅워엄을 축회전시켜, 상기 틸팅워엄휠과 상기 틸팅샤프트를 통해 상기 틸팅케이스가 축회전 하게 하는 틸팅모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, the tilting case may be tiltably supported on the panning structure through a tilting shaft, and the tilting unit may include a tilting worm wheel fixed to the tilting shaft; A tilting worm which meshes with the tilting worm wheel; And a tilting motor that axially rotates the tilting worm and causes the tilting case to rotate through the tilting worm wheel and the tilting shaft.
또한, 상기 패닝부는, 상기 고정실린더의 상단부에 고정되는 패닝워엄휠; 상기 패닝워엄휠에 치합하는 패닝워엄; 상기 패닝워엄을 축회전 가능하게 지지하되 상기 패닝구조체의 내부에 고정되는 워엄홀더; 및 상기 패닝워엄을 축회전시켜 패닝구조체가 상기 고정실린더를 중심축으로 삼아 패닝운동 하게 하는 패닝모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The panning unit may include a panning worm wheel fixed to an upper end of the fixed cylinder; A panning worm which mates with the panning worm wheel; A worm holder supporting the panning worm rotatably and fixed to the inside of the panning structure; And a panning motor that pivotally rotates the panning worm so that the panning structure panning moves the fixed cylinder as a central axis.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 태양광 집광장치는, 태양에 대한 집광부의 추종운동이 정밀하여 그만큼 신뢰성이 뛰어나고, 또한 광경로의 내부로 각종 먼지나 오염물질이 침투하는 것이 완벽히 차단되므로 광손실이 거의 없어 효율이 좋다.The solar light condensing apparatus of the present invention as described above is excellent in the follow-up motion of the light collecting unit with respect to the sun and is thus highly reliable, and the penetration of various dusts and contaminants into the light path is completely blocked, There is almost no efficiency.
또한, 본 발명은, 자연의 태양광 그대로를 집광하여 전송하는 방식으로 가시광선뿐만이 아니라 자외선과 적외선도 온전히 투과시켜 실내조명, 식물생장, 살균/소독, 비타민D생성, 냉난방 등 실내나 지하에서도 자연에서의 태양광과 동일한 효과를 볼 수 있어 활용범위가 넓다.The present invention also relates to a method and a device for collecting and transmitting natural sunlight as it transmits not only visible light but also ultraviolet rays and infrared rays to provide natural light in indoor or underground environments such as indoor lighting, plant growth, sterilization / disinfection, It has the same effect as the sunlight in the field, and its application range is wide.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 집광장치의 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 상기 도 1에 도시한 태양광 집광장치의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 상기 도 2에 도시한 틸팅케이스의 내부 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 집광장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view of a solar light condensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figs. 2 to 4 are views for explaining the internal configuration of the solar light collecting apparatus shown in Fig. 1. Fig.
5 is an exploded perspective view showing the internal structure of the tilting case shown in FIG.
6 is a view for explaining the operation of the solar light condensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, one embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
기본적으로, 본 실시예에 따른 태양광 집광장치(11)는, 지면이나 건물의 옥상 등에 수직으로 설치되며, 태양광을 받아 집광하고 이를 원하는 공간으로 내려 보내는 구성을 갖는다. 원하는 공간이라 함은 자연조명을 필요로 하는 실내나 지하가 될 것이다.Basically, the solar
특히 후술할 집광부(13)의 틸팅각도나 패닝각도의 조절수단인 워엄 및 워엄휠이 독립적으로 구동하므로, 매우 정밀하고 안정적인 동작성능을 구현할 수 있다.Especially, since the worm and worm wheel, which are means for adjusting the tilting angle and the panning angle of the
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 집광장치(11)의 사시도이다.1 is a perspective view of a solar
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양광 집광장치(11)는, 원통의 형태를 취하며 그 내부에 주경(도 2의 21) 및 부경(19)을 구비한 집광부(13)와, 상기 집광부(13)를 지지하며 집광부(13)의 틸팅각도 및 패닝각도를 조절하는 구동부(25)로 구성된다.As shown in the drawing, the solar
상기 집광부(13)는 태양광을 받아들여 집광하고 집광된 빛을 구동부(25)측으로 유도하는 역할을 한다.The
상기 구동부(25)는, 수평면에 고정되는 지지수단(33)과, 상기 지지수단(33)에 지지된 상태로 축 운동, 즉, 받침부(37)의 중심축을 기준으로 축회전하는 패닝구조체(39)와, 상기 패닝구조체(39)의 상부에 틸팅운동 가능하도록 위치하며 그 상단부가 집광부(13)와 결합하는 틸팅케이스(27)를 구비한다. 상기 구동부(25)의 작용에 의해 집광부(13)는 항상 태양의 궤도를 따라 움직이며 최대의 태양에너지를 흡수할 수 있다.The
이하, 상기한 집광장치(11)의 세부 구성에 대해 도 2 내지 도 5를 통해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the detailed configuration of the above-described
도 2 내지 도 4는 상기 도 1에 도시한 태양광 집광장치(11)의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.Figs. 2 to 4 are views for explaining the internal configuration of the solar
먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 집광부(13)는, 상하부가 개방되며 일정직경을 갖는 원통형 집광케이스(15)와, 상기 집광케이스(15)의 상하단부를 각각 커버하는 투광커버(17) 및 지지플레이트(23)와, 집광케이스(15)의 내부에 장착되는 주경(21)과, 상기 투광커버(17)의 중심부에 위치하는 부경(19)과, 투광성밀폐기(47)를 구비한다.2, the light-collecting
상기 집광부(13)는 외부로부터 받아들인 태양광을 그 내부에서 2회 이상 반사하여 집광시키는 것으로서, 본 실시예에서는 한 세트의 주경(21) 및 부경(19)을 가져 2회의 반사가 이루어진다.The
상기 집광케이스(15)는 금속이나 합성수지로 제작되며 강성을 갖는 원통부재로서 내부에 상기 주경(21)을 안정적으로 보호한다. 집광케이스(15)의 사이즈는 필요에 따라 얼마든지 달라질 수 있다. The light-collecting
상기 지지플레이트(23)는 집광케이스(15)의 하단부에 고정되는 디스크형 지지판으로서 그 저면이 틸팅케이스(27)의 상단부에 결합한다. 상기 틸팅케이스(27)와 집광부(13)는 한 몸체를 이루므로 동시에 상하 회동운동, 즉 틸팅 운동한다. 아울러 지지플레이트(23)의 중심부에는 관통구멍(23a)이 형성되어 있다. 상기 관통구멍(23a)은 후술할 부경(19)에 재(再) 반사된 집광(모아진 빛)이 하향 통과하는 통로이다.The
또한 투광커버(17)는 주경(21)의 상부공간(15a)을 밀폐하며 그 중심부에 부경(19)을 갖는다. 상기 투광커버(17)는 유리나 석영판을 사용할 수 있으며, 또한 경우에 따라 아예 커버가 아닌 지지대 방식의 구조가 사용될 수 있다. The
상기 부경(19)은 투광커버(17)에 지지된 상태로 주경(21)으로부터 일정간격을 유지한다. 상기 주경(21)에 대한 부경(19)의 간격은, 주경(21)에서 반사되어 집광된 빛이 부경(19)의 경면 중앙에 조사될 수 있는 거리이다. The
특히, 상기한 바와 같이, 투광커버(17) 자체가 부경(19)을 지지하는 지지체의 역할을 담당하므로, 부경(19) 지지용 프레임이 없어 투광커버(17)로 들어온 태양광은 모두 주경(21)으로 조사된다. 주경(21)에 그늘이 드리워지지 않는다는 의미이다.Particularly, as described above, since the
상기 부경(19)은 도 6에 도시한 바와 같이, 주경(21)에 반사되며 집광된 빛을 재 반사하여 후술할 거울(29)로 내려 보내는 오목거울로서, 투광커버(17)에 대해 착탈 가능하게 고정할 수 있다. 가령 부경(19)의 주연부와 투광커버(17)의 장착구멍 내주면에 나사산을 적용하여 나사식으로 결합할 수도 있는 것이다. 이와 같이 부경(19)을 착탈식으로 적용할 경우 부경(19)의 교체가 가능해짐은 물론이다.As shown in FIG. 6, the
한편, 상기 주경(21)은 그 테두리부가 집광케이스(15)의 내주면에 밀착 고정된 오목거울로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 투광커버(17)를 통해 입사한 태양광을 반사하며 집광시켜 부경(19)으로 집중시킨다. 또한 상기 주경(21)의 중심부에는 센터홀(21a)이 형성되어 있다. 상기 센터홀(21a)은 부경(19)에 의해 반사된 집광이 통과하는 통로이다.On the other hand, the
상기 센터홀(21a)에는 투광성밀폐기(47)가 설치된다. 상기 투광성밀폐기(47)는, 센터홀(21a)의 내주면에 밀착 고정되는 링형 홀더(47b)와, 상기 홀더(47b)의 내부에 끼워지는 석영판(47a)으로 구성된다.A
상기 투광성밀폐기(47)는 센터홀(21a)을 차단하여, 먼지나 각종 이물질 또는 해충이 상부공간(15a)으로 들어가는 것을 방지하는 역할을 담당한다. 상기 상부공간(15a)은 투광커버(17)와 투광성밀폐기(47)에 의해 완벽히 밀폐되는 것이다. 상기 홀더(47b)로서 금속이나 내열 실링재를 사용할 수 있다.The transparent
또한 상기 석영판(47a)은 일정두께를 갖는 원판으로서 부경(19)에 반사된 집광을 그대로 통과시킨다. 알려진 바와 같이 석영은 빛을 통과시킬 때 자외선이나 적외선 등을 차단하지 않는다. 특히 상기 석영판(47a)은 일정한 두께를 가지므로 통과하는 집광을 굴절시키지도 않는다.Further, the
상기 구동부(25)는, 지지력을 제공하는 지지수단(33)과, 상기 지지수단(33)의 상부에 패닝운동 가능하게 지지되는 패닝구조체(39)와, 상기 패닝구조체(39)의 상부에 상하 틸팅운동 할 수 있게 설치되는 틸팅케이스(27)와, 패닝구조체(39)의 내부에 위치하며 패닝구조체(39)를 패닝시키는 패닝부(45)와, 틸팅케이스(27)를 틸팅시키는 틸팅부(43)를 구비한다.The driving
상기 패닝운동이라 함은 후술할 고정실린더(45h)의 수직 중심축을 기준으로 하는 시계방향 또는 반시계방향 회전을 의미한다.The panning motion refers to a clockwise or counterclockwise rotation about a vertical center axis of a fixed
상기 지지수단(33)은, 바닥에 고정되는 베이스(35)와, 상기 베이스(35)의 상부에 설치되며 패닝구조체(39)를 축회전 가능하게 받치는 받침부(37)와, 상기 베이스(35)에 고정된 상태로 수직으로 연장되고 그 일부가 상기 패닝구조체(39)의 수용공간(39a) 내에 위치하는 고정실린더(45h)를 포함한다. 상기 바닥은 지면이나 건물의 옥상 또는 임의의 구조체일 수 있다.The support means 33 includes a base 35 fixed to the floor, a
상기 받침부(37)는 베이스(35)에 지지된 상태로 작동하는 베어링으로서, 패닝구조체(39)를 양방향으로 패닝운동 가능하게 지지함은 물론 패닝구조체(39)를 수직으로 유지하는 역할을 한다. 즉, 패닝구조체(39)의 무게중심이 측방향으로 편심 되더라도 패닝구조체(39)가 넘어가지 않도록 지지한다.The bearing
또한 상기 고정실린더(45h)는 그 하단부가 베이스(35)에 고정된 상태로, 수직으로 연장되어 받침부(37)의 중앙부와 패닝구조체(39)의 바닥부(39e)을 상향 통과한 중공형 부재이다. 상기 고정실린더(45h)는 패닝구조체(39)가 축회전하더라도 고정된 상태를 유지한다.The fixed
특히 상기 고정실린더(45h)는 일정 내경을 가지는 광통로(도 6의 45k)를 제공한다. 상기 광통로(45k)는 거울(29)에 의해 반사된 집광을 통과시키는 통로이다. 상기 광통로(45k)를 통과한 집광은 필요한 공간으로 유도되어, 가령 실내의 조명, 식물생장, 일광욕, 난방용 등으로 사용된다.In particular, the fixed
상기 패닝구조체(39)는 틸팅케이스(27)를 상하 틸팅운동 가능하도록 지지하는 것으로서, 수직으로 연장된 한 쌍의 지지플레이트(39d)와, 상기 지지플레이트(39d)를 연결하는 격판(39b) 및 바닥부(39e)를 갖는다. 상기 격판(39b)은 바닥부(39e)의 상부에 수평으로 고정된 부재로서 그 중앙에 광통로(39c)를 갖는다. 상기 광통로(39c) 역시 집광을 하향 통과시키는 관통구멍이다.The panning
도면부호 41은 사이드커버이다. 상기 사이드커버(41)는 일측 지지플레이트(39d)의 외측에 구비되어 있는 틸팅부(43)를 커버하여 보호하는 역할을 한다. 참고로 상기 틸팅부(43)는 일측 지지플레이트(39d)에만 설치된다. 하지만 필요에 따라 양측 지지플레이트(39d)에 모두 설치할 수도 있다.
또한 상기 틸팅케이스(27)는 지지플레이트(39d)의 사이에서 틸팅샤프트(43h)로 지지된다. 틸팅케이스(27)가 틸팅샤프트(43h)를 회동축으로 삼아 상하 회동운동, 즉 틸팅운동 할 수 있음은 상기한 바와 같다.The tilting
상기 틸팅케이스(27)는 상부로 개방된 케이싱으로서 그 내부에 각도 조절형 거울(29)을 갖는다.The tilting
도 5에 상기 틸팅케이스(27)의 내부 구조를 상세히 도시하였다.5 shows the inner structure of the tilting
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 틸팅케이스(27)는 상단부에 사각의 개구를 가진다. 이러한 틸팅케이스(27)의 상단면은 집광부(13)의 지지플레이트(23) 저면에 밀착 고정된다. 아울러 틸팅케이스(27)의 하측부는 부분 원통의 형태를 취하며 광 통과 슬릿(27b)을 구비한다. 상기 틸팅케이스(27)의 내부공간(27a)은 광 통과 슬릿(27b)을 통해 하부로 개방되는 것이다.As shown in Fig. 5, the tilting
상기 광 통과 슬릿(27b)은 일정폭을 갖는 관통구로서 틸팅케이스(27)의 틸팅 각도에 상관없이, 거울(29)에 반사된 집광이 수직으로 조사되어 광통로(39c)를 통과하도록 한다.The
한편, 상기 틸팅케이스(27)의 내부에는, 거울(29)의 회전축(29a)을 회전가능하게 지지하는 지지프레임(27c)과, 상기 지지프레임(27c)에 지지되며 상기 거울(29)의 각도를 조절하는 각도조절부(31)가 구비된다.The tilting
상기 거울(29)은 도 6에 도시한 바와 같이 집광부(13)로부터 내려오는 집광(Z)을 받아 반사하여 광통로(39c,45k)로 유도하는 반사체로서, 양측부에 회전축(29a)을 갖는다. 상기 회전축(29a)은 지지프레임(27c)에 축회전 가능하도록 지지되며 상기 각도조절부(31)에 의해 축회전한다. 회전축(29a)이 축회전함에 따라 거울(29)의 각도가 변경됨은 당연하다.6, the
상기 각도조절부(31)는, 일측 지지프레임(27c)에 고정되는 작동모터(31a)와, 상기 작동모터(31a)의 구동축에 고정되는 구동풀리(31b)와, 일측 회전축(29a)에 연결되는 종동풀리(31c)와, 상기 구동풀리(31b) 및 종동풀리(31c)를 연결하는 벨트(31d)를 포함한다.The
상기 작동모터(31a)는 제어부(도 6의 51)의 제어신호에 의해 작동하여 구동풀리(31b)를 각운동시키는 정밀 스텝핑 모터이다. 상기 제어부(51)에 의한 작동모터(31a)의 구동에 의해 거울(29)은 1도 이하의 각도 단위로 각운동 가능하다. 상기 각도조절부(31)는 틸팅부(43)와 패닝부(45)의 기계적 동작과 관련 없이 독립적으로 구동한다.The
다시 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명을 이어가기로 한다.The description will be continued with reference to Figs. 2 to 4 again.
도시한 바와 같이, 상기 틸팅부(43)는, 지지플레이트(39d)에 지지되는 틸팅모터(43a)와, 상기 틸팅모터(43a)의 측부에 위치하되 지지플레이트(39d)의 외측면에 고정되는 지지부재(43e)와, 상기 지지부재(43e)에 양단부가 축회전 가능하도록 지지되는 틸팅워엄(43f)과, 상기 틸팅모터(43a)의 구동축에 고정되는 틸팅구동풀리(43b)와, 틸팅워엄(43f)의 일단부에 끼워지는 틸팅종동풀리(43d)와, 상기 틸팅구동풀리(43b) 및 상기 틸팅종동풀리(43d)를 연결하는 전동벨트(43c)와, 상기 틸팅워엄(43f)에 치합한 상태로 틸팅샤프트(43h)에 고정되는 틸팅워엄휠(43g)을 포함한다. As shown in the figure, the tilting
이와 같이 틸팅워엄(43f) 및 틸팅워엄휠(43g)을 적용함으로써, 가령 집광부(13)에 외력이 미치더라도, 집광부(13)는 물론 틸팅케이스(27)의 실제 각도가 변경되지 않는다. 알려진 바와 같이, 워엄 및 워엄휠은, 동력전달 흐름이 워엄에서 워엄휠의 일방향성을 가지기 때문이다.By applying the tilting
상기 틸팅워엄휠(43g)은 틸팅워엄(43f)이 축회전함에 따라 종동하며 틸팅샤프트(43h)를 축회전시킨다. 결국 상기 틸팅모터(43a)를 구동하여 틸팅케이스(27) 및 집광부(13)를 원하는 각도로 틸팅시킬 수 있는 것이다. The tilting
상기 틸팅모터(43a)도 제어부(51)의 제어신호에 의해 작동한다. 결국, 상기 집광부(13)의 틸팅각은 제어부(51)에 의해 정밀 제어되는 것이다.The tilting
한편, 상기 패닝부(45)는 패닝구조체(39)를 양방향으로 패닝운동시켜, 집광부(13)가 태양의 위치변화에 대응하도록 하는 역할을 한다. 즉 집광부(13)의 패닝각을 조절하는 것이다.On the other hand, the panning
이러한 패닝부(45)는, 상기 고정실린더(45h)의 상단부에 고정되는 패닝워엄휠(45e)과, 상기 패닝워엄휠(45e)에 치합하는 패닝워엄(45g)과, 상기 패닝워엄(45g)을 축회전 가능하게 지지하는 워엄홀더(45f)와, 상기 패닝워엄(45g)을 축회전시키는 패닝모터(45a)를 포함한다.The panning
또한 상기 패닝모터(45a)의 구동축에는 패닝구동풀리(45b)가 고정되어 있고, 패닝워엄(45g)에는 패닝종동풀리(45d)가 구비되며, 상기 패닝구동풀리(45b)와 상기 패닝종동풀리(45d)는 전동벨트(45c)에 의해 동력 이음 되어 있다.A panning
상기 구성을 갖는 패닝부(45)에 있어서, 패닝모터(45a)를 구동하여 패닝워엄(45g)을 축회전 시키면, 패닝워엄(45g)은 패닝워엄휠(45e)을 중심에 두고 패닝워엄휠(45e)을 공전한다. 패닝워엄휠(45e)이 고정실린더(45h)에 고정되어 있기 때문에, 패닝워엄(45g)은 반작용력을 받아 패닝워엄휠(45e)의 원주방향을 따라 운동하는 것이다.In the panning
상기 패닝워엄(45g)이 패닝워엄휠(45e)의 주연부를 따라 이동하는 동안 패닝구조체(39)도 동시에 움직여 패닝운동함은 물론이다.Needless to say, the panning
아울러 상기 패닝모터(45a)도 제어부(51)의 제어신호를 받아 정밀 구동한다. 상기 제어부(51)의 제어신호에 의해 집광부(13)의 방위각이 조절되는 것이다.In addition, the panning
결국 상기한 바와 같이, 본 실시예에 따른 집광장치(11)는, 제어부(51)의 제어동작에 종속하는 틸팅부(43) 및 패닝부(45)의 구동에 의해 집광부(13)의 틸팅각 및 패닝각이 정밀 조작되고, 또한 각도조절부(31)에 의해 거울(29)의 각도가 조절되어, 태양의 위치에 상관없이 집광(도 6의 Z)을 수직 하부로 유도할 수 있다.The condensing
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 집광장치(11)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the operation of the solar
도면을 참조하면, 상기 집광부(13)의 주경(21)이, 수직선에 대해 θ의 사이각을 가지도록 틸팅된 상태로 태양광을 받아들여 집광하고 있음을 알 수 있다. Referring to the drawing, it can be seen that the
상기 집광부(13)의 틸팅각도는 현재 태양의 고도가 반영된 것이다. 즉 태양 고도를 실시간으로 파악하여 틸팅부(43)를 통해 조절되는 것이다. 마찬가지로 집광부(13)의 방향도 태양의 방위에 맞추어 패닝부(45)에 의해 실시간으로 조절된다. 즉 상기 제어부(51)의 제어에 의해 집광부(13)의 방위각이 멈추지 않고 변화하는 것이다.The tilting angle of the light-collecting
태양이 멈추지 않고 계속적으로 움직이므로 상기 틸팅각도와 패닝각도 및 거울의 반사각도가 계속적으로 변화함은 당연하다.Since the sun continues to move without stopping, it is natural that the tilting angle, the panning angle, and the reflection angle of the mirror continuously change.
여하튼, 상기 주경(21)에 의해 반사된 빛은 부경(19)으로 모아져 집광된 상태로 상기 센터홀(21a) 및 관통구멍(23a)을 통과하여 거울(29)에 도달한다. 상기 거울(29)은 집광부(13) 틸팅각도(θ)의 절반만큼 기울어진 상태로 집광(Z)을 받아 상기 광통로(39c,45k)로 유도한다. The light reflected by the
거울에 대한 빛의 입사각과 반사각은 동일하므로, 수직선에 대한 거울(29)의 사이각은 틸팅각도의 절반이다. 이를테면 집광부(13)가 수직선에 대해 30도만큼의 사이각을 가지도록 기울었다면, 거울(29)은 수직선에 대해 15도의 사이각을 가지도록 경사지는 것이다. 상기 거울(29)에 의해 반사된 집광(Z)은 광통로(39c,45k)를 통과하여 수요처로 공급된다.Since the incident angle and the reflection angle of the light to the mirror are the same, the angle between the
본 실시예에 따른 집광장치(11)는, 상기 제어부(51)의 제어에 의한, 각도조절부(31)와 틸팅부(43) 및 패닝부(45)의 동시 제어에 의해, 상기 집광부(13)가 태양의 위치 변화에 대응하여 항상 최대의 빛을 받아들이게 한다.The
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.
11:집광장치 13:집광부 15:집광케이스
15a:상부공간 17:투광커버 19:부경
21:주경 21a:센터홀 23:지지플레이트
23a:관통구멍 25:구동부 27:틸팅케이스
27a:내부공간 27b:광 통과 슬릿 27c:지지프레임
29:거울 29a:회전축 31:각도조절부
31a:작동모터 31b:구동풀리 31c:종동풀리
31d:벨트 33:지지수단 35:베이스
37:받침부 39:패닝구조체 39a:수용공간
39b:격판 39c:광통로 39d:지지플레이트
39e:바닥부 41:사이드커버 43:틸팅부
43a:틸팅모터 43b:틸팅구동풀리 43c:전동벨트
43d:틸팅종동풀리 43e:지지부재 43f:틸팅워엄
43g:틸팅워엄휠 43h:틸팅샤프트 45:패닝부
45a:패닝모터 45b:패닝구동풀리 45c:전동벨트
45d:패닝종동풀리 45e:패닝워엄휠 45f:워엄홀더
45g:패닝워엄 45h:고정실린더 45k:광통로
47:투광성밀폐기 47a:석영판 47b:홀더
51:제어부11: condenser 13: condenser 15: condenser case
15a: Upper space 17: Projection cover 19:
21:
23a: through hole 25: driving part 27: tilting case
27a:
29:
31a: operating
31d: Belt 33: Supporting means 35: Base
37: receiving portion 39: panning
39b:
39e: bottom portion 41: side cover 43: tilting portion
43a: tilting
43d: tilting driven
43g: tilting
45a: Panning
45d: panning driven
45g:
47:
51:
Claims (8)
상기 집광부의 하부에 고정되며, 상기 집광부를 통과하여 집광된 빛을 받아 반사하는 반사판을 구비하고, 하부로 개방된 틸팅케이스;
상기 틸팅케이스를 틸팅 운동 가능하게 지지하며 광통로를 갖는 패닝구조체;
상기 패닝구조체를 패닝운동 가능하게 지지하는 지지수단;
상기 패닝구조체에 장착된 상태로 상기 틸팅케이스를 틸팅시켜, 상기 집광부가 태양의 고도변화에 대응하여 움직이게 하는 틸팅부;
상기 패닝구조체에 설치되되, 상기 지지수단에 지지된 상태로 상기 패닝구조체를 패닝운동시켜, 상기 집광부가 태양의 방위변화에 대응하여 움직이게 하는 패닝부; 및
상기 틸팅부와 패닝부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 패닝구조체는,
수직으로 연장된 한 쌍의 지지플레이트;
상기 한 쌍의 지지플레이트를 연결하는 바닥부; 및
상기 한 쌍의 지지플레이트를 연결하되, 상기 바닥부의 상부에 수평으로 고정되고, 중앙에 상기 광통로를 갖는 격판;을 포함하며,
상기 지지수단은,
바닥에 고정되어 지지력을 제공하는 베이스;
상기 베이스의 상부에 설치되며, 상기 패닝구조체를 축회전 가능하게 받치는 받침부; 및
상기 베이스에 고정되며, 일부가 상기 패닝구조체의 내부에 위치하는 중공형 고정실린더;를 포함하고,
상기 틸팅케이스는, 틸팅샤프트를 통해 상기 한 쌍의 지지플레이트 사이에서 틸팅 가능하게 지지되며,
상기 틸팅부는,
상기 틸팅샤프트에 고정되는 틸팅워엄휠;
상기 틸팅워엄휠과 치합하는 틸팅워엄; 및
상기 지지플레이트에 지지된 상태에서 상기 틸팅워엄을 축회전시켜, 상기 틸팅케이스와 상기 집광부를 원하는 각도로 틸팅시키는 틸팅모터;를 포함하고,
상기 패닝부는,
상기 고정실린더의 상단부에 고정되는 패닝워엄휠;
상기 패닝워엄휠에 치합하는 패닝워엄;
상기 패닝워엄을 축회전 가능하게 지지하되, 상기 패닝구조체의 내부에 고정되는 워엄홀더; 및
상기 패닝워엄을 축회전시켜 상기 패닝구조체가 상기 고정실린더를 중심축으로 삼아 패닝운동 하게 하는 패닝모터;를 포함하며,
상기 패닝모터를 구동하면,
상기 패닝워엄은 반작용력을 받아 상기 패닝워엄휠을 중심에 두고 상기 패닝워엄휠을 공전하는 것을 특징으로 하는 태양광 집광장치.A light collecting part for reflecting the received solar light at least twice inside and condensing the collected sunlight;
A tilting case which is fixed to a lower portion of the light collecting portion and has a reflecting plate for receiving and reflecting the condensed light passing through the light collecting portion,
A panning structure supporting the tilting case in a tilting motion and having a light path;
Supporting means for supporting the panning structure so as to be capable of panning;
A tilting unit that tilts the tilting case in a state of being mounted on the panning structure and moves the condensing unit in accordance with the altitude change of the sun;
A panning unit installed in the panning structure and panning the panning structure in a state of being supported by the supporting unit to move the focusing unit in accordance with the azimuth change of the sun; And
And a control unit for controlling operations of the tilting unit and the panning unit,
Wherein the panning structure comprises:
A pair of vertically extending support plates;
A bottom portion connecting the pair of support plates; And
And a diaphragm connected to the pair of support plates, the diaphragm being horizontally fixed to the upper portion of the bottom portion, the diaphragm having the optical path in the center,
Wherein the support means comprises:
A base secured to the floor to provide a bearing force;
A pedestal provided at an upper portion of the base and supporting the panning structure to be rotatable; And
And a hollow fixed cylinder fixed to the base and a part of which is positioned inside the panning structure,
Wherein the tilting case is tiltably supported between the pair of support plates via a tilting shaft,
The tilting portion
A tilting worm wheel fixed to the tilting shaft;
A tilting worm which meshes with the tilting worm wheel; And
And a tilting motor that axially rotates the tilting worm while being supported by the support plate and tilts the tilting case and the light collecting unit to a desired angle,
The panning unit includes:
A panning worm wheel fixed to an upper end of the fixed cylinder;
A panning worm which mates with the panning worm wheel;
A worm holder supporting the panning worm rotatably, the worm holder being fixed inside the panning structure; And
And a panning motor that pivotally rotates the panning worm to allow the panning structure to perform panning motion with the fixed cylinder as a central axis,
When the panning motor is driven,
Wherein the panning worm rotates the panning worm wheel with the panning worm wheel at the center thereof in response to a reaction force.
상기 집광부는,
일정직경의 집광케이스;
상기 집광케이스의 내부에 설치되며 태양광을 받아 반사하며 집광하고 그 중심부에 센터홀을 갖는 주경;
상기 주경과 마주하며 주경에 의해 집광된 빛을 받아 반사하여 상기 센터홀을 통과시키는 부경; 및
상기 부경을 그 중심에 가지며 집광케이스을 커버하여 주경의 상부공간을 밀폐하는 투광커버를 구비한 것을 특징으로 하는 태양광 집광장치.The method according to claim 1,
The light-
A condensing case of a constant diameter;
A main mirror installed in the light-collecting case, receiving sunlight to reflect and condense the light, and having a center hole at the center thereof;
A sub-mirror facing the main mirror and reflecting the light condensed by the main mirror to pass through the center hole; And
And a light-projecting cover for covering the upper space of the main mirror by covering the light-collecting case with the minor diameter at the center thereof.
상기 반사판은, 상기 센터홀을 통과한 집광된 빛을 받아 반사하여 상기 광통로로 유도하는 거울로서 그 양측부에 회전축을 가지며,
상기 틸팅케이스의 내부에는, 상기 반사판의 회전축을 회전가능하게 지지하는 지지프레임과, 상기 지지프레임에 설치되며 상기 거울의 각도를 조절하는 각도조절부가 구비된 것을 특징으로 하는 태양광 집광장치.3. The method of claim 2,
The reflecting plate reflects the condensed light passing through the center hole and guides the reflected light to the optical path. The reflecting plate has a rotation axis on both sides thereof,
Wherein the tilting case has a support frame rotatably supporting the rotation axis of the reflection plate and an angle adjusting unit installed on the support frame to adjust the angle of the mirror.
상기 집광부의 센터홀 또는 패닝구조체 내의 광통로에는, 센터홀 또는 광통로를 차단하며 집광된 빛을 통과시키는 투광성밀폐기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 태양광 집광장치.The method according to claim 1,
And a light-permeable sealer for shielding the center hole or the light passage and allowing the condensed light to pass therethrough is further provided in the center hole of the light-collecting portion or the light passage in the panning structure.
상기 투광성밀폐기는,
상기 집광을 통과시키는 석영판; 및
상기 석영판을 그 내부에 수용하는 홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 집광장치.6. The method of claim 5,
The light-
A quartz plate through which the condensed light passes; And
And a holder for accommodating the quartz plate therein.
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