KR102534752B1 - 복합발전을 이용한 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합발전을 이용한 조명장치에 관한 것으로서, 특히 태양열 및 LED로부터 발생된 열 등을 통한 발전을 이용하여 낮 시간은 물론, 밤 시간에도 전기를 생산함으로써 에너지 절감 효과를 극대화시킬 수 있도록, 물론, 밤 시간에도 전기를 생산함으로써 에너지 절감 효과를 극대화시킬 수 있도록, 태양열로 인해 일면에 고온부가 형성되는 제1 열전소자를 포함하며 제1 열전소자에 의해 전기에너지가 생산되는 제1 발전부; LED 모듈로부터 발생된 열로 인해 일면에 고온부가 형성되는 제2 열전소자를 포함하며 제2 열전소자에 의해 전기에너지가 생산되는 제2 발전부; 상기 제1 발전부 및 제2 발전부 사이에 마련되어 제1 열전소자 및 제2 열전소자 각각의 타면을 동시에 냉각시키는 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전을 이용한 조명장치에 관한 것이다.

Description

복합발전을 이용한 조명장치{Lighting device using combined power generation}
본 발명은 복합발전을 이용한 조명장치에 관한 것으로서, 특히 태양열 및 LED로부터 발생된 열 등을 통한 발전을 이용하여 에너지를 절감할 수 있는 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 가로등, 공원등, 투광등 등과 같은 조명장치는, 발광을 위한 LED모듈이 구비되어 있으며, LED 모듈은 전원이 공급되면 발광함과 더불어 열이 발생되므로, 방열판을 통해 열을 방출하여 LED 모듈을 보호하여 수명을 연장하게끔 구성된다.
그리고 기술의 발전과 에너지 절감 측면에서 근래 태양광을 통한 발전을 이용하여 조명장치가 등장하였으며, 이러한 조명장치는 낮 시간 동안 태양전지 패널을 통해 태양광을 모아 전기를 생산하여 생산된 전기를 저장하였다가, 밤 시간에 LED 모듈로 전원을 공급한다.
그러나, 흐리거나 비 또는 눈이 내리는 날씨 등으로 인해 낮 시간 동안 충분한 양의 전기가 생산되지 않을 시, 밤 시간에 외부 전력을 끌어다 사용하여야 하며, 밤 시간 동안에는 전기를 소모할 뿐, 전기를 생산하지 못하지 못하므로 에너지 절감 효과가 크지 않다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0138674호 '열전 냉각 모듈이 장착된 조명기'
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 태양열 및 LED로부터 발생된 열 등을 통한 발전을 이용하여 낮 시간은 물론, 밤 시간에도 전기를 생산함으로써 에너지 절감 효과를 극대화시킬 수 있는 복합발전을 이용한 조명장치에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치는, 태양열로 인해 일면에 고온부가 형성되는 제1 열전소자를 포함하며 제1 열전소자에 의해 전기에너지가 생산되는 제1 발전부; LED 모듈로부터 발생된 열로 인해 일면에 고온부가 형성되는 제2 열전소자를 포함하며 제2 열전소자에 의해 전기에너지가 생산되는 제2 발전부; 상기 제1 발전부 및 제2 발전부 사이에 마련되어 제1 열전소자 및 제2 열전소자 각각의 타면을 동시에 냉각시키는 냉각부;를 포함한다.
또한, 상기 제1 발전부는, 인접한 상측에 제1 열전소자의 타면이 위치되고 인접한 하측에 냉각부가 위치되는 제1 냉각판을 더 포함하고, 상기 제2 발전부는, 인접한 상측에 냉각부가 위치되고 인접한 하측에 제2 열전소자의 타면이 위치되는 제2 냉각판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 발전부는, 제1 열전소자의 인접한 상측에 구비되어 태양으로부터 열을 모으는 제1 집열판을 더 포함하고, 상기 제2 발전부는, 제2 열전소자의 일면과 LED 모듈 사이에 구비되어 LED 모듈로부터 발생된 열을 모으는 제2 집열판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각부는, 유출입되는 공기에 의해 냉각이 이루어지게끔 구성되되, 상기 공기가 유출입되는 유출입구는, 냉각부의 적어도 일측에서 외부를 향해 하향 경사지게끔 돌출형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각부는, 유출입되는 공기에 의해 냉각이 이루어지게끔 구성되되, 상기 냉각부 내부에서 이동되는 공기에 의해 회전되면서 상하 방향으로 바람을 내보내는 회전체를 포함하며 회전체의 회전력을 이용하여 전기에너지를 생산하는 제3 발전부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 발전부는 낮 시간 동안 태양열을 통한 발전으로 전기에너지를 생산하고, 제2 발전부는 밤 시간 동안 작동되는 LED 모듈로부터 발생된 열을 통한 발전으로 전기에너지를 생산하며, 제1 발전부 및 제2 발전부에 각각에 포함된 제1 열전소자 및 제2 열전소자는 냉각부로 인해 고온부 및 저온부 간의 온도차가 최대한 형성되어 발전 효율을 높일 수 있는바, 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치의 일 예에 따른 외형을 보여주는 도면,
도 2는 제1 실시예에 따른 본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치의 내부 구조를 보여주는 도면,
도 3은 제2 실시예에 따른 본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치의 내부 구조를 보여주는 도면,
도 4는 제2 실시예에 따른 본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치에 적용된 회전체의 예들을 보여주는 도면,
도 5는 제3 실시예에 따른 본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치의 내부 구조를 보여주는 도면,
본 발명에서는 태양열 및 LED로부터 발생된 열 등을 통한 발전을 이용하여 낮 시간은 물론, 밤 시간에도 전기를 생산함으로써 에너지 절감 효과를 극대화시킬 수 있도록, 태양열로 인해 일면에 고온부가 형성되는 제1 열전소자를 포함하며 제1 열전소자에 의해 전기에너지가 생산되는 제1 발전부; LED 모듈로부터 발생된 열로 인해 일면에 고온부가 형성되는 제2 열전소자를 포함하며 제2 열전소자에 의해 전기에너지가 생산되는 제2 발전부; 상기 제1 발전부 및 제2 발전부 사이에 마련되어 제1 열전소자 및 제2 열전소자 각각의 타면을 동시에 냉각시키는 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전을 이용한 조명장치를 제안한다.
본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이하, 본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치는 첨부된 도 1 내지 도 5를 참고로 상세하게 설명한다.
본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치(A)는, 가로등, 공원등, 투광등 등에 적용될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 가로등 헤드에 적용되어, 복합발전을 통해 전기에너지가 생산되도록 할 수 있다.
이러한 복합발전을 이용한 조명장치(A)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전기에너지를 생산하는 제1 발전부(100) 및 제2 발전부(200)와, 제1 발전부(100) 및 제2 발전부(200) 사이에 마련되는 냉각부(300)를 포함한다.
제1 발전부(100)는, 제1 열전소자(110)를 포함하며, 제1 열전소자(110)는 판 형태로 형성되어 일면이 상방을 향하고 타면이 하방을 향하게끔 배치될 수 있으며, 일면이 태양열로 인해 가온됨에 따라 고온부를 형성하고, 타면은 일면에 대하여 상대적으로 저온부를 형성한다. 이처럼 일면과 타면의 온도차가 형성된 제1 열전소자(110)는 그 크기에 따라 하나 또는 복수 개가 구비될 수 있으며, 복수 개가 구비되는 경우 상호 소정의 간격 이격되어 동일 평면 상에 배치됨이 바람직하다. 이러한 제1 열전소자(110)에 의해 제1 발전부(100)에서는 전기에너지가 생산된다.
그리고 제1 발전부(100)는 제1 열전소자(110)의 고온부와 저온부 간의 큰 온도차가 형성되도록 하는 구성을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 발전부(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 인접한 상측에 제1 열전소자(110)의 타면이 위치되고 인접한 하측에 냉각부(300)가 위치되는 제1 냉각판(120)을 더 포함할 수 있으며, 구체적인 일 예로 제1 냉각판(120)은 상방을 향해 냉기를 방출하는 히트싱크로 구성될 수 있다.
이러한 제1 냉각판(120)은 냉각부(300)에 의해 냉각이 이루어져, 이에 인접한 제1 열전소자(110)의 타면이 일면에 대하여 상대적으로 온도차가 큰 저온부를 형성한다.
그리고 제1 발전부(100)는 도 1a, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 열전소자(110)의 일면으로 태양으로부터 받은 열을 전달하는 제1 집열판(130)을 더 포함할 수 있다. 제1 집열판(130)은 제1 열전소자(110)의 인접한 상측에 구비되어 태양으로부터 열을 모아, 제1 열전소자(110)의 일면으로 전달하는바, 제1 열전소자(110)의 일면이 타면에 대하여 상대적으로 고온부가 효과적으로 형성되도록 한다.
상술한 제1 냉각판(120)과 제1 집열판(130)이 모두 제1 발전부(100)에 포함될 경우, 제1 열전소자(110)의 고온부와 저온부는 온도차를 최대한 형성할 수 있고, 제1 열전소자(110)의 지속적인 큰 온도차 유지가 가능하여 발전효율을 높일 수 있다.
한편, 제2 발전부(200)는 LED 모듈(240) 및 제2 열전소자(210)를 포함한다.
LED 모듈(240)은, 일 예로 하나 또는 복수 개의 LED가 일면에 구비된 LED 기판일 수 있으며, 복수 개의 LED가 구비된 LED 기판인 경우 복수 개의 LED는 소정의 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 LED 모듈(240)은 도 1c에 도시된 바와 같이 LED가 구비된 일면이 하방을 향하게끔 배치될 수 있다. 그리고 LED 모듈(240)의 인접한 하측에는 LED 모듈(240)을 보호하기 위한 투과창(250)이 구비될 수 있으며, LED 모듈(240)에 작동됨에 따라 LED로부터 발광된 빛은 투과창(250)을 통해 외부로 내보내질 수 있다.
제2 열전소자(210)는 판 형태로 형성되어 일면이 하방을 향하고 타면이 상방을 향하게끔 배치될 수 있으며, 일면이 LED 모듈(240)로부터 발생된 열로 인해 가온됨에 따라 고온부가 형성되고, 타면은 일면에 대하여 상대적으로 저온부를 형성한다. 이처럼 일면과 타면의 온도차가 형성된 제2 열전소자(210)는 그 크기에 따라 하나 또는 복수 개가 구비될 수 있으며, 복수 개가 구비되는 경우 상호 소정의 간격 이격되어 동일 평면 상에 배치됨이 바람직하다. 이러한 제2 열전소자(210)에 의해 제2 발전부(200)에서는 전기에너지가 생산된다.
그리고 제2 발전부(200)는 제2 열전소자(210)의 고온부와 저온부 간의 큰 온도차가 형성되도록 하는 구성을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 제2 발전부(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 인접한 상측에 냉각부(300)가 위치되고 인접한 하측에 제2 열전소자(210)의 타면이 위치되는 제2 냉각판(220)을 더 포함할 수 있으며, 구체적인 일 예로 제2 냉각판(220)은 하방을 향해 냉기를 방출할 수 있는 히트싱크로 구성될 수 있다.
이러한 제2 냉각판(220)은 냉각부(300)에 의해 냉각이 이루어져, 이에 인접한 제2 열전소자(210)의 타면이 일면에 대하여 상대적으로 온도차가 큰 저온부를 형성한다.
그리고 제2 발전부(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제2 열전소자(210)의 일면으로 LED 모듈(240)로부터 받은 열을 전달하는 제2 집열판(230)을 더 포함할 수 있다. 제2 집열판(230)은 제2 열전소자(210)의 일면과 LED 모듈(240) 사이에 구비되어 LED 모듈(240)로부터 발생된 열을 모아, 제2 열전소자(210)의 일면으로 전달하는바, 제2 열전소자(210)의 일면이 타면에 대하여 상대적으로 고온부가 효과적으로 형성되도록 한다.
상술한 제2 냉각판(220)과 제2 집열판(230)이 모두 제2 발전부(200)에 포함될 경우, 제2 열전소자(210)의 고온부와 저온부는 온도차를 최대한 형성할 수 있고, 제2 열전소자(210)의 지속적인 큰 온도차 유지가 가능하여 발전효율을 높일 수 있다.
한편, 냉각부(300)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 발전부(100) 및 제2 발전부(200) 사이에 마련되어 제1 열전소자(110) 및 제2 열전소자(210) 각각의 타면을 동시에 냉각시킨다. 이러한 냉각부(300)는 일 예로 공냉식, 수냉식으로 구성될 수 있으나, 수냉식은 공냉식에 비해 상대적으로 복합한 구조를 가지며 누수에 따른 위험이 존재하는바, 본 발명에서의 냉각부(300)는 공냉식으로 구성됨이 바람직하다.
따라서, 냉각부(300)는 유출입되는 공기에 의해 냉각이 이루어지게끔 구성될 수 있다. 이를 위해, 냉각부(300)는 내부가 빈 통 형태를 이루어질 수 있으며, 적어도 일측에는 공기가 유출입되는 유출입구(310)가 형성될 수 있다. 이때, 유출입구(310)는, 외부를 향해 하향경사지게끔 돌출형성될 수 있다. 이는 본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치(A)가 외부에 설치되는 것을 고려하여, 비나 눈이 유출입구(310)를 통해 냉각부(300) 내로 유입되는 것을 방지하기 위함이다.
바람직하게는, 냉각부(300)에 유출입구(310)가 마주하는 방향으로 대응되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 일측면에 형성된 유출입구(310)를 통해 공기가 유입되고, 일측면과 마주하는 타측면에 형성된 유출입구(310)를 통해 공기가 유출될 수 있으며, 유입된 공기는 냉각부(300)를 지나면서 제1 열전소자(110) 및 제2 열전소자(210) 각각의 타면을 냉각시킨다.
상술한 바와 같은 본 발명인 복합발전을 이용한 조명장치(A)는, 낮 시간 동안 제1 발전부(100)에 의해 태양열을 통한 발전으로 전기에너지가 생산되고, 밤 시간 동안 제2 발전부(200)에 의해 작동되는 LED 모듈(240)로부터 발생된 열을 통한 발전으로 전기에너지가 생산되며, 냉각부(300)로 인해 제1 발전부(100) 및 제2 발전부(200)에 각각에 포함된 제1 열전소자(110) 및 제2 열전소자(210)의 고온부 및 저온부 간의 온도차가 최대한 형성되는바, 발전 효율을 높일 수 있어 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있다.
한편, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 냉각부(300) 내에 공기의 흐름이 형성되는 것을 이용하여 전기에너지를 생산하는 제3 발전부(400)를 더 포함할 수 있다. 제3 발전부(400)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 냉각부(300) 내부에서 이동되는 공기에 의해 회전되면서 상하방향으로 바람을 내보내는 회전체(410)를 포함할 수 있으며, 회전체(410)의 회전력을 이용하여 전기에너지를 생산한다.
회전체(410)는, 냉각부(300)의 상하방향으로 세워진 축에 복수 개의 블레이드가 구비되게끔 구성될 수 있으며, 일측에서 타측으로 공기가 이동되면 블레이드가 회전되면서 상하방향, 즉 제1 냉각판(120) 및 제2 냉각판(220)을 향해 바람이 내보내질 수 있다. 즉, 회전체(410)는 전기에너지가 생산되도록 하는 회전력을 제공함과 더불어, 제1 냉각판(120) 및 제2 냉각판(220)이 단시간 내에 냉각되도록 하는 역할을 하는바, 제3 발전부(400)는 추가적인 전기에너지를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 발전부(100) 및 제2 발전부(200)의 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하는 제4 발전부(500)를 더 포함할 수 있다. 제4 발전부(500)는, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 집열판(130)의 상측에 마련되는 태양전지패널(510)을 포함할 수 있으며, 태양전지패널(510)은 도면에 수평하게 도시되었으나, 일방향으로 기울어지게끔 배치될 수 있다.
태양전지패널(510)은 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 변환시킴과 더불어, 태양열도 흡열하므로 태양전지패널(510)의 하측에 마련된 제1 집열판(130)로 태양열을 간접적으로 전달한다. 다만, 이 경우 제1 집열판(130)이 직접적으로 태양열을 받는 경우에 비해 제1 발전부(100)를 통한 전기에너지의 생산량이 줄어들기는 하나, 제1 발전부(100)에서 줄어든 생산량보다 제4 발전부(500)를 통해 생산되는 전기에너지 량이 크므로, 더 높은 발전효율을 기대할 수 있다.
그리고 도면에 도시되지 않았으나, 본 발명은 각 발전부(100,200,400,500)에서 생산된 전기에너지를 저장하는 배터리가 구비될 수 있으며, 각 발전부(100,200,400,500)에서 생산된 전기에너지를 이용하여 LED 모듈(240)이 작동될 수 있게끔 컨버터도 구비될 수 있다.
A : 복합발전을 이용한 조명장치
100 : 제1 발전부 110 : 제1 열전소자
120 : 제1 냉각판 130 : 제1 집열판
200 : 제2 발전부 210 : 제2 열전소자
220 : 제2 냉각판 230 : 제2 집열판
240 : LED 모듈 250 : 투과창
300 : 냉각부 310 : 유출입구
400 : 제3 발전부 410 : 회전체
500 : 제4 발전부 510 : 태양전지패널

Claims (2)

  1. 태양열로 인해 일면에 고온부가 형성되는 제1 열전소자(110)를 포함하며 제1 열전소자(110)에 의해 전기에너지가 생산되는 제1 발전부(100);
    LED 모듈(240)로부터 발생된 열로 인해 일면에 고온부가 형성되는 제2 열전소자(210)를 포함하며 제2 열전소자(210)에 의해 전기에너지가 생산되는 제2 발전부(200);
    상기 제1 발전부(100) 및 제2 발전부(200) 사이에 마련되어 제1 열전소자(110) 및 제2 열전소자(210) 각각의 타면을 동시에 냉각시키는 냉각부(300);를 포함하되,
    상기 제1 발전부(100)는, 인접한 상측에 제1 열전소자(110)의 타면이 위치되고 인접한 하측에 냉각부(300)가 위치되는 제1 냉각판(120)과, 제1 열전소자(110)의 인접한 상측에 구비되어 태양으로부터 열을 모으는 제1 집열판(130)을 더 포함하고,
    상기 제2 발전부(200)는, 인접한 상측에 냉각부(300)가 위치되고 인접한 하측에 제2 열전소자(210)의 타면이 위치되는 제2 냉각판(220)과, 제2 열전소자(210)의 일면과 LED 모듈(240) 사이에 구비되어 LED 모듈(240)로부터 발생된 열을 모으는 제2 집열판(230)을 더 포함하며,
    상기 냉각부(300)는, 공기가 유출입되는 유출입구(310)가 마주하는 방향으로 대응되게 형성되어, 일측을 통해 외부에서 유입되고 타측을 통해 외부로 유출되는 공기에 의해 냉각이 이루어지며,
    상기 냉각부(300) 내부에서 이동되는 공기에 의해 회전되면서 상하 방향으로 바람을 내보내는 회전체(410)를 포함하며 회전체(410)의 회전력을 이용하여 전기에너지를 생산하는 제3 발전부(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전을 이용한 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유출입구(310)는, 외부를 향해 하향 경사지게끔 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 복합발전을 이용한 조명장치.
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