CN101922672A - 阳光全光导入采光系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阳光全光导入采光系统，其包括双聚焦全光采集装置，该双聚焦全光采集装置包括：环形抛物面镜、球形凹面镜和全光光导管；太阳光经环形抛物面镜反射聚焦，通过凹面镜再次反射，进入全光光导管；全光光导管包括：玻璃管、设于玻璃管外壁的反光镜面膜和紧配合于反光镜面膜外周的塑料套管。本发明的阳光全光导入采光系统，造价低，安装灵活；可以按照使用场所的采光、日照和照明等不同需求，能方便单独或组合成移动式、壁挂式、屋檐安装式、高架安装式，尤其适用于民用、公用、地下、井下等工程建筑以及工业、农业、种植、养殖等不同用途领域的大功率、高能级光密度的太阳光采光系统。

Description

阳光全光导入采光系统

技术领域

本发明涉及太阳光应用的技术领域，具体是一种阳光全光导入采光系统。

背景技术

绿色能源已成为能源行业关注焦点，特别是城市现代化建筑的不断发展及能源需求趋势，使得利用太阳光来改善建筑物的日照、采光、照明将成为现实和可能。太阳光采光技术已经存在很多年，但是一直因为价格昂贵，固有特性不好而无法普及。该技术成本和技术复杂性主要集中于跟踪阳光装置和太阳光导入所使用的导光介质——光纤。

跟踪太阳装置主要有两种方式：一类是高稳定性、高精度方式；另外一类是稳定性、精度稍差方式。前者根据地球绕太阳运行规律计算太阳全年运行轨迹，含有太阳位置检测装置，结合设备中央安装“光电传感器”，也就是太阳轨迹计算结合光电跟踪的混合模式，如日本的“向日葵”太阳光导入采光装置。其缺点是跟踪装置复杂，安装的初始位置精度要求比较高，安装不方便以及采光装置价格较高。此外，该装置还易受云层影响。后者根据信息处理的方式也可以分为二类：其一是通过模拟方式比较光电信号，驱动直流电机。此类方式虽精度较低，但价格低廉。另外一类是采用把光电信号转换成数字信号，通过微处理器处理信号来提高稳定性和精度，如专利200710022259.6宣称的技术。但是该发明仍然采用直流电机，而不是步进电机，故精度的改善有限。

价格昂贵的另一因素是采用了昂贵的石英光纤，如日本的“向日葵”、瑞典的“帕兰阳光系统”。国内其他一些专利如200710022259.6虽采用了塑料光纤，但由于光路设计不合理，采用一个大透镜替代多个小透镜来降低精度要求和制造复杂度，但因大透镜容易引起强烈的色散，造成出射光五颜六色，无法还原阳光。同时该专利中阳光耦合入光纤效率低。

综上所述，目前采光装置价格昂贵而无法普及是因为采用光纤作为导光传输介质。为了使采集的太阳光能耦合入光纤，进一步加剧采光装置的复杂性，如太阳的跟踪，阳光耦合入光纤的聚焦。

发明内容

本发明涉及一种阳光全光导入采光系统，以克服石英光纤和塑料光纤的高成本和技术复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种阳光全光导入采光系统，其包括：双聚焦全光采集装置，该双聚焦全光采集装置包括：环形抛物面镜、设于环形抛物面镜前端的球形凹面镜和穿设于环形抛物面镜的中央通孔中的全光光导管；太阳光经环形抛物面镜反射聚焦，通过凹面镜再次反射生成柱形光束，并进入全光光导管；全光光导管包括：玻璃管、设于玻璃管外壁的反光镜面膜和紧配合于反光镜面膜外周的塑料套管。

为防止玻璃管吸收太阳光的热能，同时为确保实现全光导光的目的，所述玻璃管为不含金属离子的玻璃管。

为提高光线利用率，所述环形抛物面镜、全光光导管和凹面镜同中心轴线分布，且环形抛物面镜和凹面镜的聚光焦点重合。为提高光线利用率，所述球面镜适于将环形抛物面镜汇聚的太阳光反射为聚集的平行光进入全光光导管。

所谓全光，即光线中包含太阳光线中的各种波长的光线。

本发明的积极效果：(1)本发明的阳光全光导入采光系统，造价低，安装灵活；可以按照使用场所的采光、日照和照明等不同需求，能方便单独或组合成移动式、壁挂式、屋檐安装式、高架安装式，尤其适用于民用、公用、地下、井下等工程建筑以及工业、农业、种植、养殖等不同用途领域的大功率、高能级光密度的太阳光采光系统。(2)本发明采用的球形凹面镜的反光面为球形凹面，相对于采用抛物面反射镜，具有较短的焦距，同时生成的所述柱形光束具有较小的截面积，利于减小整个双聚焦全光采集装置的体积，也利于减小全光光导管的管径，以节省生成成本和安装空间。此外，截面积较小的光束利于提高光束在光导管路中的传导效率，可减少在光导管路中以折线方式传播的光线的数量。(3)本发明采用的环形抛物面镜呈环形，使用时可使落于该环形抛物面镜上的杂物从其中央通孔中排出，可较少人工清理、维护的工作量，也可较少所述杂物对抛物面镜反光效果的影响。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1为实施例中的阳光全光导入采光系统的结构示意图。

图2为上述阳光全光导入采光系统的双聚焦全光采集装置的结构示意图。

图3为上述阳光全光导入采光系统的全光光导管的剖面结构示意图。

图4为实施例中的阳光全光导入采光系统的全光光导管通过螺纹套管和拐角接头串接延伸并形成光导管路的分解结构示意图。

图5为实施例中的阳光全光导入采光系统的适于将阳光通向两个方向的分光接头的结构示意图。

图6为图5中的分光接头的俯视图。

图7和8分别为适于将阳光通向三个和四个方向的分光接头的局部结构示意图。

图9为实施例中的阳光全光导入采光系统的散光头的结构示意图。

图10为图9中的分光接头的俯视图。

具体实施方式

见图1-5，本实施例的一种阳光全光导入采光系统包括：双聚焦全光采集装置，该双聚焦全光采集装置包括：环形抛物面镜1、设于环形抛物面镜1前端的球形凹面镜2和穿设于环形抛物面镜1的中央通孔中的全光光导管3；太阳光经环形抛物面镜1反射聚焦，通过凹面镜2再次反射生成柱形光束，并进入全光光导管3；全光光导管3包括：玻璃管3-1、设于玻璃管3-1外壁的反光镜面膜3-2和紧配合于反光镜面膜3-2外周的塑料套管3-3。

所述玻璃管3-1为不含金属离子的玻璃管。

所述环形抛物面镜1、全光光导管3和凹面镜2同中心轴线分布，且环形抛物面镜1和凹面镜2的聚光焦点重合。

所述球面镜2适于将环形抛物面镜汇聚1的太阳光反射为聚集的平行光进入全光光导管3。

为方便将光线导入不同位置(如煤矿井下、地下车库等)，所述全光光导管3通过螺纹套管4串接延伸并形成光导管路；在该光导管路中通过设置拐角接头5实现光导转向，并通过设置分光接头6实现光导管路的分路，以方便同时向多个不同区域提供阳光照明；在各路光导管路的末端设有散光头7，以使光线以全光方式散射。

所述拐角接头5为弧形管，其剖面结构与全光光导管3的剖面结构相同。作为优化的实施方式：所述拐角接头5为弧度为90°的圆弧形管，其剖面结构与全光光导管3的剖面结构相同。拐角接头5采用弧度为90°的圆弧形管，适于将光导管路中的直线传送的平行光线在拐角接头5内发生折射，并仍以直线方式传送，从而可尽量减小光线在光导管路中反复折射的次数，从而可尽量减小所述反光镜面膜3-2对阳光能量的吸收，确保从散光头7输出的阳光仍具有较高的亮度。

所述分光接头6包括：与所述光导管路螺纹配合的管状的接头部6-1和连接于该接头部6-1下端的多个通向不同方的弧形光导管6-2；各弧形光导管6-2的剖面结构与全光光导管3的剖面结构相同。分光接头6的该结构适于将光导管路中的阳光分到不同的传导方向上，并能减小因此产生的光线损失。

见图6，两个弧形光导管6-2的直径大于接头部6-1的半径，各弧形光导管6-2的顶端设有缺口，各弧形光导管6-2通过所述缺口彼此拼合并内接于接头部6-1内，从而使各弧形光导管6-2的顶端端口具有较大的面积，使进入接头部6-1的阳光尽可能多地被有效传导和利用。接头部6-1内设有三个和四个弧形光导管6-2的实施方式，分别见图7和8。弧形光导管6-2采用的个数，及同一接头部6-1内各弧形光导管6-2的直径大小，可根据照明区域、亮度等要求而设计。

见图9-10，散光头7包括：与所述光导管路螺纹配合的管状的连接部7-1和连接于该连接部7-1下端的六个(也可以是4个、8个和10个等)通向不同方向的弧形光导细管7-2，各弧形光导细管7-2的剖面结构与全光光导管3的剖面结构相同。各弧形光导细管7-2的直径大于连接部7-1的半径，各弧形光导细管7-2的顶端设有缺口，各弧形光导细管7-2通过所述缺口彼此拼合并内接于连接部7-1内，从而使各弧形光导细管7-2的顶端端口具有较大的面积，使进入连接部7-1的阳光尽可能多地被有效传导和输出；散光头7的各弧形光导细管7-2通向不同的方向，以扩大输出光线的照明面积，从而提高照明效果。

显然，弧形光导细管7-2采用的个数，及同一连接部7-1内各弧形光导细管7-2的直径大小，可根据照明范围、亮度等要求而设计。

双聚焦全光采集装置的朝向由太阳能跟踪装置驱动，并使光线与环形抛物面镜1的中心轴线平行。

为避免阳光中紫外线的负面影响，连接所述双聚焦全光采集装置的全光光导管3上设有紫外线分光器，被分离出的紫外线可通向需要紫外线照射的场地。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。

Claims (10)

1.一种阳光全光导入采光系统，其特征在于包括：双聚焦全光采集装置，该双聚焦全光采集装置包括：环形抛物面镜(1)、设于环形抛物面镜(1)前端的球形凹面镜(2)和穿设于环形抛物面镜(1)的中央通孔中的全光光导管(3)；

太阳光经环形抛物面镜(1)反射聚焦，通过凹面镜(2)再次反射生成柱形光束，并进入全光光导管(3)；

全光光导管(3)包括：玻璃管(3-1)、设于玻璃管(3-1)外壁的反光镜面膜(3-2)和紧配合于反光镜面膜(3-2)外周的塑料套管(3-3)。

2.根据权利要求1所述的阳光全光导入采光系统，其特征在于：所述玻璃管(3-1)为不含金属离子的玻璃管。

3.根据权利要求1所述的阳光全光导入采光系统，其特征在于：所述环形抛物面镜(1)、全光光导管(3)和凹面镜(2)同中心轴线分布，且环形抛物面镜(1)和凹面镜(2)的聚光焦点重合；所述球面镜(2)适于将环形抛物面镜汇聚(1)的太阳光反射为聚集的平行光进入全光光导管(3)。

4.根据权利要求1所述的阳光全光导入采光系统，其特征在于：所述全光光导管(3)通过螺纹套管(4)串接延伸并形成光导管路；在该光导管路中通过设置拐角接头(5)实现光导转向，并通过设置分光接头(6)实现光导管路的分路，且在各路光导管路的末端设有散光头(7)。

5.根据权利要求4所述的阳光全光导入采光系统，其特征在于：所述拐角接头(5)为弧形管或为弧度为90°的圆弧形管，其剖面结构与全光光导管(3)的剖面结构相同。

6.根据权利要求4所述的阳光全光导入采光系统，其特征在于：所述分光接头(6)包括：与所述光导管路螺纹配合的管状的接头部(6-1)和连接于该接头部(6-1)下端的多个通向不同方向的弧形光导管(6-2)；各弧形光导管(6-2)的剖面结构与全光光导管(3)的剖面结构相同。

7.根据权利要求4所述的阳光全光导入采光系统，其特征在于：所述散光头(7)包括：与所述光导管路螺纹配合的管状的连接部(7-1)和设于该连接部(7-1)下端的多个通向不同方向的弧形光导细管(7-2)，各弧形光导细管(7-2)的剖面结构与全光光导管(3)的剖面结构相同。

8.根据权利要求7所述的阳光全光导入采光系统，其特征在于：所述各弧形光导细管(7-2)的直径大于连接部(7-1)的半径，各弧形光导细管(7-2)的顶端设有缺口，各弧形光导细管(7-2)通过所述缺口彼此拼合并内接于连接部(7-1)内。

9.根据权利要求6所述的阳光全光导入采光系统，其特征在于：所述各弧形光导管(6-2)的直径大于接头部(6-1)的半径，各弧形光导管(6-2)的顶端设有缺口，各弧形光导管(6-2)通过所述缺口彼此拼合并内接于接头部(6-1)内。

10.根据权利要求1所述的阳光全光导入采光系统，其特征在于：所述双聚焦全光采集装置的朝向由太阳能跟踪装置驱动，并使光线与环形抛物面镜(1)的中心轴线平行。

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