CN201526896U - 一种太阳光采集及传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳光采集及传输装置，其至少包括一采光装置，连接该采光装置的光导管，及连接光导管另一端的散光器。该采光装置可为一穹顶式采光罩，在采光罩顶端设置一固定悬挂端，该固定悬挂端至少连接一悬臂，在此悬臂上至少设有一个反射镜。通过调节反射镜的角度和位置，可以有效地提高系统特别是太阳光小角度入射时的采光效率。在传动轴上可设置一太阳能电池板和一定位器，这样就可以根据太阳的照射角度改变反射镜的位置。通过调节反射镜的角度和位置，可以有效地提高系统特别是太阳光小角度入射时的采光效率。

Description

一种太阳光采集及传输装置

技术领域

本发明涉及一种太阳光采集及传输装置，一种可将室外太阳光经过采集并传输至室内用于照明的装置。

背景技术

目前室内采光一般是将建筑物开有窗户，通过窗户将外部太阳光引入室内，对于较封闭不能直接采光的建筑物，其室内照明一般是采用照明灯具。照明灯在使用过程中，既浪费了电能，又存在安全隐患，特别是对于一些加工车间，商场等环境尤为明显。另外电能的照明只能提供较单一波长的照明，而太阳光的发射光谱的谱带较宽，用太阳光照明使人们感觉更加舒适。

为了将太阳光引入不能直接采光的建筑物内，人们发明了管式天窗照明装置。美国专利5502935公开了一种屋顶天窗装置，在屋顶上设一天窗，通过光导管连接到天花板上的通光孔。其工作原理是，光线由屋顶透光装置进入管道，在管道内经数次反射后通过天花板上的通光孔进入室内。在此发明中，屋顶的透光装置是由一穹顶结构的天窗构成，但是，这种结构的天窗只有正午时阳光才能有效地进入管道内，而当早晨或傍晚时太阳光的入射角非常小，这样直接进入管道内的光线非常少，通过反射进入管道内的光线也会非常少。同时这些光线由于入射角太小，其在管道内要经过多次反射才能进入室内，这样光线的强度经过多次反射后就会大大减弱。为了提高太阳光的采集效率，美国专利5099622公开了其设计方案，其通过在采光穹顶的内表面加一反射镜，该反射镜位于采光罩的内壁与光导管的外壁之间，这样增加外部光线通过反射进入管道内的几率。这种结构可以一定程度上提高采光装置的采光效率，但也带来一些问题，一是反射镜的角度是固定的，其不能随入射光的角度的变化而变化，这给实际应用带来困难；另一方面是反射镜相对于采光罩的位置固定，这样此反射镜的加入会阻挡部分光线的进入，而不能在太阳光小角度入射时得到最优的采光效率。

美国专利5655339公布了一种具有新式穹顶结构的管式天窗的设计。该专利提供的技术方案是在采光罩穹顶北侧的部分外表面设置有多个沿穹顶大圆方向排列的沟槽，这些沟槽构成类似全反射棱镜的结构。当太阳光以较低的入射角度照射穹顶时，部分光线可以通过全反射棱镜的反射作用进入光导管内，这样就会提高了系统在太阳光小角度入射时的采光效率，有效地增加了管式天窗的照明强度并延长了照明时间。然而，对于某种材料而言，其入射光能实现全反射的临界角是固定的，所以只有当入射光满足一定的条件才能实现全反射。当沟槽的形状固定后，由于入射光线的入射角度随时间是不断变化的，这使得这种沟槽的形状的采光罩只有对某些角度入射光才会得到最佳的效果，而对一天中太阳光以不同的角度入射时，不能得到理想的采光效果。因此要得到理想的效果必须设计不同形状的沟槽，这不仅在实际工程设计中无法完成，而且这样的设计也不能得到最优化的采光效率。该专利还提出两级的沟槽设计方案，且两级沟槽相互错开，力求尽可能满足较多入射光线角度的要求。然而，由于不同季节不同时间太阳光的入射角度都是变化的，且不同纬度的用户对产品也有不同的需求，这使得该专利的方案由于其技术局限而不能得到广泛应用。

发明内容

本发明针对现有太阳光采集及传输装置中存在的采光效率不高，特别是太阳光小角度入射时采光效率急需提高等问题，提出一种实现方案。该方案的目的在于提供一种太阳光采集及传输装置，其利用光的反射原理，通过灵活设计器件的结构来提高系统的采光效率。

通过在采光罩顶部设置一固定悬挂端，该悬挂端与一悬臂相连，在该悬臂上可设置至少一反射镜，通过调节反射镜的角度和与采光罩相对位置，可以有效地提高系统的采光效率，特别是当太阳光以小角度入射时的采光效率。此外通过反射镜角度的合理设计还可以减少光线在光导管内的反射次数，降低反射损耗。

本发明包括一种太阳光采集及传输装置，其结构至少包括一采光装置，连接该采光装置的光导管，及连接光导管另一端并接入室内用于照明的散光器。所述采光装置可为一穹顶式采光罩，所述采光罩顶端可设有一固定悬挂端，该固定悬挂端可连接一悬臂，在此悬臂上至少可设有一个反射镜。所述光导管通过一具有反光性能的板材连接而成，在板材连接时采用两边反扣的方法来实现。

所述采光罩顶端的固定悬挂端在采光罩注塑时一体形成，且固定悬挂端设有与悬臂连接的接口。

所述固定悬挂端下方可设有一旋转装置，即可通过固定旋转装置调节采光罩内部与固定悬挂端相连接的悬臂在水平面内的位置。

所述光导管的顶部开口端可连接一防雨板，此防雨板设置于房顶上，所述采光装置可扣合于该防雨板。

所述光导管的底部开口端连接一散光器，此散光器可采用棱镜式结构，也可采用菲涅尔透镜式结构，以使室内得到较均匀的光线。

所述光导管可以做成直管道，也可以做成弯管。光导管内壁经过抛光打磨或电镀高效率的反光材料或贴有高反射率的反射薄膜，这可以减少太阳光在光导管内传播时的损耗。光导管通过具有反射作用的板材连接而成，在板材连接时采用两边反扣的方法来实现。此方法使管道的连接更加紧密、牢固，且方法简单，减少了使用铆钉时所带来的额外光损耗。

本发明的工作原理是，利用在采光罩顶部的固定悬挂端悬挂一悬臂，在悬臂上可至少设置一反射镜，该反射镜可为圆弧状亦可为平面镜。该反射镜可由金属及其它反光材料制成，或者在向光的一面覆有反射膜。该反射镜的位置可设置于采光罩内北侧，并且可以通过改变悬臂与固定悬挂点的连接端及悬臂与反光镜的连接来改变反光镜的位置及角度。当太阳光以低角度入射时，入射光线被反射镜阻挡并反射，反射光便可进入光导管并进入室内。这样会极大提高该装置在早晨或傍晚太阳光入射角度较小时的采光效率。并且该装置在安装时可以灵活改变反射镜的位置和倾斜角度，这样可以满足在不同纬度生活时人们采光的需要，这给不同地区的使用者提供方便。

附图说明

图1为本发明实施方式一的示意图。

图2为本发明实施方式一采用的一种采光罩的顶部俯视图

图3为图2沿A-A⁰方向的剖面图

图4为图2和3中固定端、悬臂及反射镜结构图

图5为光导管示意图

图6光导管连接边剖面图

图7为本发明实施方式二的示意图

图8为本发明实施方式二采用的一种采光罩的侧视图

图9为图8沿A-A⁰方向的剖面图

图10为图8和9中固定端、悬臂及反射镜结构图

图中：

10太阳光采集及传输装置；20采光装置；21采光罩；22防雨板围边；23防雨板环边；24房顶；25反射镜；26悬挂端；261控制盒；262传动轴；太阳能电池板263；定位器264；27悬臂；271悬挂接口；272、273连接点；30光导管；31光导管连接边；32光导管连接边；41散光器；42天花板

具体实施方式

以下，结合附图详细说明本发明的实施方式。

(实施方式一)

图1为本发明实施方式一太阳光采集及传输装置10的示意图。该装置包括一采光装置20，该采光装置20下端连接有光导管30，该光导管30向下延伸至室内并连接有一散光器41。

在本实施例中，采光装置20包括一采光罩21及与采光罩21相连的防雨板围边22，该防雨板围边22与房顶24通过环边23相连。防雨板围边22可以为采光罩21提供结构上的支持，这种防雨板结构无论是在木制房顶、砖制房顶，还是其它结构的房顶中都可应用。

采光罩21通过引入悬挂端26和悬臂27，对其结构进行灵活设计，其详细结构将在下文中进一步描述。

图2和3是采光罩21的结构示意图，其中图2是采光罩21所采用的一种采光罩21的顶部俯视图。在制作采光罩21时，在其顶部同时制作一悬挂端26，该悬挂端26在采光罩21内可连接一悬臂27，悬臂27可为弧状结构，在该悬臂27上悬挂一反射镜25，该反射镜25可为弧形或平面镜，在本实施例中采用圆弧形结构，该圆弧与采光罩21的曲率相对应，区别是圆弧形结构的反射镜25的曲率半径要小于采光罩28的曲率半径。

如图3所示，反射镜25可沿采光罩21的北侧周边放置，反射镜25弧面的曲率与采光罩21的曲率相对应，该反射镜25可由不透光的材料制成，其反射面经过抛光或镀反射膜，或在其反射面覆一层反射膜。

与如图4所示，悬臂27通过悬挂接口271与悬挂点26处的轴262连接，且悬挂接口271可以调节，即可以通过调节悬挂接口271的位置来调节悬臂27与竖直方向的夹角。悬臂27与反射镜25通过连接点272和273连接，变换该连接点272和273的位置可改变反射镜25的倾斜角度。

当太阳光以较低的角度入射时，其光线会通过采光罩21照射到反射镜25上，在安装时通过调节悬臂27的位置和反射镜25的倾角，可以使早晨或傍晚时太阳光入射角较小时采光罩21的采光效率达到最大。同时由于反射镜25置于采光罩28的北侧，当正午阳光的入射角度较大时，反射镜对大角度的入射光线几乎没有影响。这样本实施例的采光罩结构可以将照射于采光罩21上的各种角度的入射光线进行有效收集。同时，这种结构还可以大大提高太阳光入射角度较低时的采光效率，延长了照明时间从而更加有效地节约能源。

如图1所示，本实施例的散光器41置于天花板42上并固定，散光器41可以把从光导管30接收到的光线均匀发散至室内。

图5为光导管示意图，在光导管连接前，光导管30的2个连接边31和32先做成弯曲的形状，如图6所示。然后把两个边扣合压紧，此方法不用铆钉，即能使光导管连接紧密，保证内部的光滑，又制作方便。

本发明在使用时，光导管30的一端通过防雨板围边21连接到房顶上，而另一端则固定在室内天花板上。当太阳光照射到采光罩21上时，较大角度的入射光可以直接穿过采光罩照射到光导管30内，而当太阳光的入射角度较小时，太阳光会照射到采光罩28内部的反射镜25上，通过调节反射镜25的位置和倾斜角度使太阳光反射到光导管20内，从而提高采光罩21的采光效率。阳光在光导管20内通过内壁的反射作用，照射到与光导管20连接的散光器41上，通过散光器的散射作用达到为室内提供照明的目的。

(实施方式二)

图7为本发明实施方式二太阳光采集及传导装置10的示意图。该装置包括一采光装置20，该采光装置20下端连接有光导管30，该光导管30向下延伸至室内并连接有一散光器41。

在本实施例中，采光装置20包括一穹顶21及与穹顶21相连的防雨板22，该防雨板22包括与穹顶21相连接的围边23及连接到房顶的环边24。防雨板22的围边23可以为穹顶21提供结构上的支持，这种防雨板22结构无论是在木制房顶或砖制房顶等其它结构的房顶中都可应用。

穹顶21顶部设置一控制盒261，该控制盒261内部安装一电机，该电机连接一齿轮传动装置265，该齿轮传动装置265下端连接一传动轴262，传动轴262的下端顶部设置一固定悬挂端26，该固定悬挂端26至少可连接一悬臂27，在此悬臂27上至少可设有一个反射镜25。在传动轴262上还可连接一太阳能电池板263和一跟踪阳光的定位器264。电机和齿轮传动装置被封装在控制盒内。其详细结构将在下文中进一步描述。

图8和9是穹顶21的结构示意图，其中图8是穹顶21所采用的一种采光罩28的顶部俯视图。在制作穹顶21时，穹顶21顶部设置一控制盒，该控制盒连接一的齿轮传动装置，该齿轮传动装置下端连接一传动轴，传动轴的下端顶部设置一固定悬挂端26，该悬挂端26在穹顶21内可连接一悬臂27，在该悬臂27上悬挂一反射镜25，该反射镜可为弧形或平面镜，在本实施例中采用圆弧形结构，该圆弧与采光罩28为一同心球面，区别是圆弧形结构的反射镜25的曲率半径要小于采光罩28的曲率半径。

如图9所示，反射镜25弧面的曲率与采光罩28的曲率相对应，该反射镜25可由不透光的材料制成，其反射面经过抛光或镀反射膜，或在其反射面覆一层反射膜。

与如图10所示，悬臂27通过悬挂接口271与悬挂点26处的轴262连接，且悬挂接口271可以调节，即可以通过调节悬挂接口271的位置来调节悬臂27与竖直方向的夹角。为了固定反射镜25于悬臂27上，可以设置两个连接点272，273连接悬臂27与反射镜25，该连接点272，273可在竖直平面内调节位置，这样可以通过这种位置调节来改变反射镜25的倾斜角度。

当太阳光入射时，其光线会首先通过采光罩28照射到太阳能电池板263和定位器264上，定位器264通过感知太阳的入射角度，给出一信号到控制电路，通过控制电路给出的指令来调节齿轮转动装置，从而带动转动轴的转动，使定位器264和太阳能电池板263始终在正对太阳的方向。太阳能电池板263用来给控制系统和传动系统供电。

反射镜25上，在安装时通过调节悬臂27的位置和反射镜25的倾角，可以使早晨或傍晚时太阳光入射角较小时采光罩28的采光效率达到最大。同时由于反射镜25置于采光罩28的北侧，当正午阳光的入射角度较大时，反射镜对大角度的入射光线几乎没有影响，这样本实施例的采光罩结构可以将照射于穹顶21上的各种角度的入射光线进行有效收集。同时，这种结构还可以大大提高太阳光入射角度较低时的采光效率，延长了照明时间从而更加有效地节约能源。

本发明在使用时，当太阳光照射到穹顶21的采光罩28上时，较大角度的入射光可以直接穿过采光罩照射到光导管20内，而当太阳光的入射角度较小时，太阳光会照射到采光罩28内部的反射镜25上，通过调节反射镜25的位置和倾斜角度使太阳光反射到光导管20内，从而提高采光罩28的采光效率。阳光在光导管20内通过内壁的反射作用，照射到与光导管20连接的散光器41上，通过散光器41的散射作用达到为室内提供照明的目的。

本发明的一种阳光采集及传输装置可以提供大面积的室内照明，亦可以用于其它的照明用途。

尽管前面已经说明了本发明的具体的实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下，可以对本发明做出很多修饰替代和修改。

Claims (8)

1.一种太阳光采集及传输装置，其结构至少包括一采光装置，所述采光装置包括有采光罩和防雨板，该采光装置下端连接有光导管，该光导管的下端连接有散光器，其特征在于：所述采光罩的顶部有一固定悬挂端，且该悬挂端上至少连接一悬臂，在悬臂上至少连接一反射镜。

2.根据权利要求1所述的太阳光采集及传输装置，其特征在于悬臂通过旋转装置连接固定悬挂端上，且悬臂在水平面内的角度可以调节。

3.根据权利要求1所述的太阳光采集及传输装置，其特征在于所述光导管由一面具有反光性能的板材连接而成，该连接通过两个连接边反扣压制而成。

4.根据权利要求1所述的太阳光采集及传输装置，其特征在于连接在悬臂上的反射镜为圆弧状结构或平面镜结构。

5.根据权利要求1所述的太阳光采集及传输装置，其特征在于连接在悬臂上的反射镜在竖直平面内的倾斜角度可以调节。

6.根据权利要求5所述的太阳光采集及传输装置，其特征在于连接在悬臂上的反射镜用不透明的反光材料制成。

7.根据权利要求5所述的太阳光采集及传输装置，其特征在于连接在悬臂上的反射镜可以覆有反射膜。

8.根据权利要求1所述的太阳光采集及传输装置，其特征在于穹顶的顶部设有一控制盒，该控制盒内部安装一电机，该电机连接一齿轮传动装置，该齿轮传动装置下端连接一传动轴；所述传动轴上设有一太阳能电池板和一定位器，所述太阳能电池板用来给控制盒和电机供电，所述定位器用来探测太阳的入射角度，提供给传动轴转动的定位信号。

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