KR101100267B1 - 광 발전 장치 - Google Patents

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KR101100267B1
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하윤석
박귀홍
이상헌
양진혁
원석희
이명수
표진휘
박중구
조시훈
현충민
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Abstract

광 발전 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치는, 강재 가공을 위한 토치(torch)로부터 방출되는 광의 확산을 방지하도록, 토치를 둘러싸는 하우징(housing), 및 하우징의 내면에 설치되며, 토치로부터 방출되는 광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 광전지(photocell)를 포함한다.

Description

광 발전 장치{GENERATOR USING LIGHT}
본 발명은 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 광 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 강철 구조물을 제작하기 위해서는 필연적으로 설계 도면 치수대로 강재를 절단하는 작업이 필요하게 된다. 강재의 절단에는 가스 절단, 아크 절단 등의 방식을 사용하는 절단 장치가 사용된다.
강재의 절단 방법으로는, 높은 열로 모재를 용융시키고, 고압의 가스를 분사하는 방법이 주로 이용된다. 이러한 과정에서 절단 토치에서는 높은 열 에너지와 함께 강력한 광 에너지가 방출되는데, 열 에너지는 강재를 용융시켜 절단 작업을 수행하는데 소비되지만, 광 에너지는 주변으로 단순히 방출되어 소산될 뿐이며, 이러한 강력한 광 에너지는 주변으로 방출되어 시력 저하 등 건 작업자의 건강에 해를 주기도 한다.
즉, 아래 표에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 절단 작업시 절단 토치 근방에 방출되는 광 에너지는 일반 CO2 용접의 60% 수준으로서 비교적 높은 수준의 자외선을 방출하고 있다.
용접 작업시 측정 위치에 따른 자외선 측정 결과
(출처: 아주대학교 산업의학 연구실, 1997)
용접 종류 용접 작업자로부터 20-30cm 떨어진 위치(kg/cm2) 용접 작업자로부터 1-2m 떨어진 위치(kg/cm2)
CO2 용접
자동 용접
그래비트 용접
플라즈마 절단 작업
알루미늄 용접
티그 용접
스테인레스 용접
가우징 작업		 247
224
185
143
270
60
274
169		 103
3
61
19
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본 발명의 실시예들은, 강재 가공을 위한 토치로부터 방출되는 광에 의한 작업자의 시력 손상을 방지하면서, 이러한 광으로부터 전기 에너지를 환수할 수 있는 광 발전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 강재 가공을 위한 토치(torch)로부터 방출되는 광의 확산을 방지하도록, 토치를 둘러싸는 하우징(housing), 및 하우징의 내면에 설치되며, 토치로부터 방출되는 광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 광전지(photocell)를 포함하는 광 발전 장치가 제공될 수 있다.
하우징은, 내면에 광전지가 설치되는 지지 프레임, 및 토치로부터 방출되는 광을 광전지 측으로 반사시키는 집광 프레임을 포함할 수 있다.
집광 프레임의 내면은 광전지를 향해 오목한 형상을 가질 수 있다.
집광 프레임은 알루미늄(Al)을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
광전지는 복수개이며, 복수의 광전지는 격자 구조로 배치되고, 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
광 발전 장치는, 광전지와 전기적으로 연결되어 광전지로부터 생산된 전기 에너지가 저장되는 축전지를 더 포함할 수 있다.
광 발전 장치는, 광전지의 보호를 위하여 광전지를 커버하는 투명층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 강재 가공을 위한 토치로부터 방출되는 광에 의한 작업자의 시력 손상을 방지할 수 있으며, 이러한 광을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치의 작동 상태를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치의 광전지를 나타낸 정면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치의 투명층이 분해된 상태를 나타낸 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치 내부의 광 경로를 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 발전 장치를 나타낸 사시도.
본 발명에 따른 광 발전 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치(100)의 작동 상태를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치(100)를 나타낸 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치(100)의 광전지(120)를 나타낸 정면도이다.
본 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(110), 광전지(120) 및 축전지(130) 등으로 구성된 광 발전 장치(100)가 제시된다. 이러한 광 발전 장치(100)는 강재 가공 장치, 예를 들어 강재 절단 장치(30)의 토치(20) 주위를 둘러싸도록 설치될 수 있으며, 토치(20)로부터 광이 발생되는 어떠한 종류의 장치에도 설치 가능하다..
여기서, 강재 절단 장치(30)는 토치(20)로부터 발생되는 열 에너지에 의해 강재(10)를 용융시켜 절단하는 장치로서, 토치(20)로부터 열 에너지 이외에 광 에너지도 방출되나, 이러한 광 에너지는 절단 작업에 이용되지 못하고 주위로 방출되어 작업자의 시력 등에 악영향을 끼쳐 왔다.
그러나, 본 실시예에 따르면, 하우징(110)에 의해 강재(10) 가공을 위한 토치(20)를 둘러쌈으로써, 토치(20)로부터 방출되는 광에 의해 작업자의 시력이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 하우징(110)의 내면에 광전지(120)를 배치함으로써, 토치(20)에서 발생되는 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으므로, 종래 강재(10) 가공 작업 시 버려지던 광 에너지를 전기 에너지의 형태로 환수할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 광 발전 장치(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
하우징(110)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 강재(10) 가공을 위한 토치(20)로부터 방출되는 광의 확산을 방지하도록, 토치(20)를 둘러쌀 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(110)은 강재(10) 가공용 토치(20), 예를 들어 강재 절단 장치(30)의 절단 토치(20)의 주위를 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 토치(20)로부터 방출되는 광이 외부로 확산되는 것을 차단할 수 있고, 결과적으로, 작업자의 시력을 광으로부터 보호할 수 있다.
이 경우, 강재(10) 절단 작업의 수행 중, 토치(20)의 주변으로 광이 방출됨과 동시에, 스패터(spatter)가 비산될 수도 있으나, 이러한 스패터 역시 하우징(110)에 의해 효과적으로 차단될 수 있다. 이와 같은 하우징(110)의 구체적인 구조에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 하우징(110)은 강재 절단 장치(30)에 설치될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 스프링 등을 이용하여 플렉서블(flexible)한 구조로 하우징(110)에 설치될 수 있다.
광전지(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 지지 프레임(112) 내면에 설치되며, 토치(20)로부터 방출되는 광을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다. 이와 같이 하우징(110)의 내면에 광전지(120)를 배치함으로써, 종래 버려지는 에너지에 불과하였던 광 에너지를 전기 에너지의 형태로 환수하여 다양한 용도로 이용할 수 있다. 여기서, 광전지(120), 예를 들어 태양전지의 발전 용량은 약 30W 내지 40W 정도일 수 있다.
광전지(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수개이며, 이러한 복수의 광전지(120)는 격자 구조, 즉, 매트릭스(matrix) 구조의 어레이(array)로 배치되고, 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 광전지(120)는, 발전 용량에 따라 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 광전지(120)는 가시광선 영역보다는 자외선 영역에서 보다 높은 효율을 나타내는데, 플라즈마 절단 공정에 의해 발생되는 광은 90% 이상이 자외선에 해당되므로, 자외선의 비율이 1-4%에 불과한 태양광에 비해, 보다 효과적으로 전지 에너지의 형태로 환수될 수 있게 된다.
축전지(130)는 광전지(120)와 전기적으로 연결되어 광전지(120)로부터 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 축전지(130)는 하우징(110)의 지지 프레임(112) 배면에 설치되어 모듈화됨으로써, 광전지(120)에서 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있다.
본 실시예의 경우, 축전지(130)에 의해 전기 에너지를 저장하는 경우를 일 예로서 제시하였으나, 이러한 축전지(130)가 생략될 수도 있으며, 이 경우에는 생산된 전기 에너지가 절단 장치 등의 주변 설비에 직접적으로 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치(100)의 투명층이 분해된 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광전지(120)의 보호를 위하여 광전지(120) 상에는 광전지(120)를 커버하는 투명층(140), 예를 들어, 강화 유리가 설치될 수 있다. 절단 작업 중에는 스파크 및 스패터가 발생될 수 있으므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 투명층(140)을 이용하여 광전지(120)를 보호하는 것이다.
상기 투명층에 대해 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.
투명층(140)은 지지 프레임(112)의 내측에 설치될 수 있으며, 상기 투명층(140)과 지지 프레임(112) 사이에 광전지(120)가 배치될 수 있다.
상기 지지 프레임(112)에는 투명층(140)이 안착 지지되기 위해 내측에 별도의 지지대(미도시)가 구비될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 상술한 하우징(110)의 세부 구성에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발전 장치(100) 내부의 광 경로를 나타낸 평면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(110)은 지지 프레임(112)과 집광 프레임(114)으로 구성될 수 있다.
지지 프레임(112)은 광전지(120)를 지지하는 구성으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 그 내면에 광전지(120)가 설치될 수 있다. 그리고 집광 프레임(114)은 도 5에 도시된 바와 같이, 토치(20)로부터 방출되는 광을 광전지(120) 측으로 반사시키는 구성으로서, 지지 프레임(112)을 내면을 커버하도록 배치될 수 있다.
이 경우, 집광 프레임(114)은 도 5에 도시된 바와 같이, 그 내면이 광전지(120)를 향해 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 집광 프레임(114)의 내면이 오목하게 형성됨으로써, 도 5에 도시된 바와 같이 토치(20)로부터 광전지(120)의 반대측으로 방출되는 광이 집광 프레임(114)의 내면에서 반사되어 광전지(120) 측으로 향할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 집광 프레임(114)은 도 5에 도시된 바와 같이 그 내면이 포물선 형태를 가지도록 형성될 수 있으므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 광을 방출하는 토치(20)가 이러한 포물선의 초점에 위치되는 경우, 알루미늄(Al) 등으로 이루어진 집광 프레임(114)의 내면을 통해 반사된 반사광은 광전지(120) 측으로 모두 수직하게 입사될 수 있다.
이와 같이 하우징(110) 내면 전체에 걸쳐 광전지(120)를 설치하는 것이 아니라, 지지 프레임(112)의 내면에만 광전지(120)를 설치하고, 집광 프레임(114)에 의해 광을 광전지(120) 측으로 집광함으로써, 전기 에너지의 생산 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이 경우, 집광 프레임(114)을 알루미늄(Al)과 같이 반사율이 우수한 재질로 형성함으로써, 토치(20)에서 방출되는 광의 집광 효율을 보다 높일 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 발전 장치(100)를 나타낸 사시도이다.
도 6에 도시된 실시예의 경우, 집광 프레임(114)의 형상이 전술한 실시예와 상이할 뿐 나머지 구성의 구조 및 기능은 전술한 실시예와 동일하므로, 이하, 집광 프레임(114)의 형상을 중심으로 본 실시예에 대해 설명한다.
본 실시예의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 집광 프레임(114)은 절곡된 판재의 형상을 가질 수 있다. 이 경우 집광 프레임(114)의 절곡 각도는 집광 프레임(114)의 반사율, 집광 효율을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 전술한 실시예들에서 설명한 형상 이외에도, 집광 프레임(114)은 반사율 및 집광 효율에 따라 다양한 형상으로 제작될 수 있으며, 이들 역시 본 발명의 권리범위에 포함됨은 물론이다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 강재
20: 토치
30: 절단 장치
100: 광 발전 장치
110: 하우징
112: 지지 프레임
114: 집광 프레임
120: 광전지
130: 축전지
140: 투명층

Claims (7)

  1. 강재 가공을 위한 토치(torch)로부터 방출되는 광의 확산을 방지하도록, 상기 토치를 둘러싸는 하우징(housing); 및
    상기 하우징의 내면에 설치되며, 상기 토치로부터 방출되는 광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 광전지(photocell)를 포함하는 광 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    내면에 상기 광전지가 설치되는 지지 프레임; 및
    상기 토치로부터 방출되는 광을 상기 광전지 측으로 반사시키는 집광 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 집광 프레임의 내면은 상기 광전지를 향해 오목한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광 발전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 집광 프레임은 알루미늄(Al)을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 발전 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전지는 복수개이며,
    상기 복수의 광전지는 격자 구조로 배치되고, 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광 발전 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전지와 전기적으로 연결되어 상기 광전지로부터 생산된 전기 에너지가 저장되는 축전지를 더 포함하는 광 발전 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전지의 보호를 위하여 상기 광전지를 커버하는 투명층을 더 포함하는 광 발전 장치.
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