ITRM20120387A1 - "guida di luce" - Google Patents

Description

GUIDA DI LUCE.

Settore tecnico dell’invenzione

La presente invenzione riguarda la realizzazione e l'uso di una guida di luce particolarmente indicata per usi in illuminotecnica in virtù della sua efficienza nel trasporto della luce visibile e della sua estrema facilità di utilizzo. Tale guida à ̈ in grado di veicolare efficientemente sia la luce visibile prodotta da lampade artificiali che la luce naturale del Sole.

In particolare l’invenzione riguarda una guida di luce costruita con materiali prevalentemente biodegradabili ottenibili da processi di “chimica verde†, per cui ha un basso impatto ambientale.

Stato dell'arte

E’ noto che una fibra ottica à ̈ costituita in generale da un filamento centrale detto “core†rivestito da una pellicola di altro materiale detto “cladding†.

Le proprietà cui devono soddisfare i materiali utilizzati sono le seguenti:

· essere trasparenti alla luce visibile, in particolar modo il core

· indice di rifrazione del cladding minore di quello del core

· essere chimicamente stabili rispetto all'azione della temperatura e della luce

· il rivestimento esterno, cladding, deve essere resistente agli agenti atmosferici e meccanicamente resistente ad urti ed abrazioni Sono note fibre plastiche prodotte da Mitsubishi (produttore leader nel settore) che sono costituite da core in PMMA e il cladding à ̈ PMMA fluorurato. Il drogaggio con Fluoro consente di abbassare l'indice di rifrazione del PMMA e quindi rendere il nuovo materiale idoneo per essere usato come cladding.

Esistono in commercio anche altri tipi di fibra ottica che impiegano altri materiali, per esempio core in materiale vetroso, con le proprietà precedenti.

I principali svantaggi delle fibre ottiche attualmente disponibili in commercio sono:

· elevato costo di fabbricazione, in particolar modo delle fibre in materiale vetroso, determinato dai processi industriali di produzione

· impiego di materiali e/o tecniche di produzione a elevato impatto ambientale, in termini di uso di materie prime di origine fossile (fibre plastiche) e/o di processi di produzione energeticamente molto onerosi (fibre in materiali vetrosi)

· fragilità, in particolar modo delle fibre in materiale vetroso, dovuta all'impiego di materiali solidi che si spezzano/microfratturano quando curvate eccessivamente o schiacciate

· impossibilità di realizzare grandi sezioni, in conseguenza dell'elevata rigidità meccanica

· sezioni di qualche centimetro di diametro possono essere ottenute solo al costo di realizzare un bandolo di molte fibre impacchettate fra loro, con la conseguenza di interstizi vuoti fra le varie fibre, nella quale la luce iniettata si disperde e non viene guidata sino in fondo.

Il maggiore campo d'impiego à ̈ quello della trasmissione dati nel settore delle telecomunicazioni per cui serve buona trasmissività nella regione di luce infrarossa (intorno ai 1000 nm di lunghezza d'onda). Le fibre in materiale vetroso sono le maggiormente usate a questo scopo.

In illuminotecnica vengono impiegate prevalentemente fibre in materiali plastici in virtù dei minori costi rispetto a quelle in vetro, per facilità di utilizzo e messa in opera, perchà ̈ sufficientemente trasparenti alla luce visibile.

Ne esistono di due tipi:

- ad emissione puntuale, in cui la luce viene immessa ad una delle due estremità ed esce all'altra estremità

- ad emissione laterale, in cui la luce viene immessa ad una delle due estremità e fuoriesce lateralmente lungo tutta la fibra

Le fibre ad emissione laterale sono generalmente ottenute immettendo in maniera controllata nel materiale che costituisce il core, delle inclusioni di altro materiale o, in generale, difetti di altro tipo.

Per questo tipo una fibra ad emissione laterale non può essere utilizzata come fibra ad emissione puntuale.

Entrambe le tipologie di fibra, presentano controindicazioni dovute al fatto che

- si sciolgono quando investite da luce molto intensa

- non si possono realizzare sezioni grandi per motivi pratici di lavorabilità.

Scopo dell’invenzione

Un primo scopo dell’invenzione à ̈ superare gli inconvenienti delle fibre a guida di luce di tipo noto.

Sommario dell’invenzione

A tali scopi si à ̈ pervenuti con una fibra secondo una o più delle rivendicazioni allegate

I vantaggi ottenuti consistono sia nell'impiego del glicerolo sia nella struttura della fibra.

L'impiego del glicerolo offre i seguenti vantaggi:

- non inquina

- non à ̈ infiammabile

- si ottiene come prodotto di scarto di processi industriali, per esempio produzione di biodiesel, per cui à ̈ ottenibile a basso costo ed ha un basso impatto ambientale.

- non à ̈ un filato quindi non necessita grandi macchinari (per esempio di estrusione/coestrusione) di lavorazione.

- ha ottima efficienza nel trasporto della luce visibile

- à ̈ addizionabile di composti di vario tipo, per esempio polari per il conferimento di proprietà funzionali o semplicemente impurità per la realizzazione di fibre ad emissione laterale - à ̈ liquido quindi, non si scioglie quando esposto alla luce del Sole

In virtù della sua struttura, la fibra dell’invenzione offre i seguenti vantaggi:

- non si spezza

- può avere qualsiasi forma, per esempio non presenta vincoli di diametro minimo o massimo della fibra

- non presenta spazi vuoti al suo interno

Lista dei disegni

Questi ed ulteriori vantaggi saranno compresi da ogni tecnico del ramo della descrizione che segue e dagli annessi disegni, nei quali:

- la figura 1 mostra un esempio di guida di luce di tipo noto;

- la figura 2 mostra una guida di luce realizzata secondo l’invenzione;

- la figura 3 mostra la trasmissività ottica di una fibra con nucleo in glicerolo secondo l’invenzione in funzione della lunghezza d'onda della luce incidente.

Descrizione dettagliata

Secondo l’invenzione, à ̈ stata sviluppata una fibra ottica 1 che si compone di un nucleo o “core†in glicerolo o variante diglicerolo, triglicerolo, poligliceroli 2 (indice di rifrazione n = 1.47-1.49) e un rivestimento o “cladding†3 realizzato preferibilmente in fluorotermoplastica con indice di rifrazione circa n=1.34.

A titolo di esempio un materiale rivelatosi adatto per la realizzazione del rivestimento 2 Ã ̈ il THV della Dyneon (copolimero ternario di tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene e vinylidene fluoride).

La fibra 1 può inoltre essere provvista di tappi 4 in materiale trasparente posti alle estremità del tubo cavo formato dal rivestimento 2 contenente il glicerolo.

I tappi 4 possono vantaggiosamente costituire un filtro ottico, per esempio per ottenere luce colorata in uscita dalla fibra oppure per eliminare certe componenti luminose non desiderate in ingresso.

In una ulteriore forma di realizzazione, i tappi 4 possono svolgere ruolo di concentratore solare (per esempio a forma conica “ad imbuto†, o cono di Winston)

Eventualmente 1l nucleo in glicerolo/poligliceroli 1 può essere addizionato con impurità 5, per esempio semplici bollicine d'aria.

Vantaggiosamente, la presenza delle bollicine modifica localmente il comportamento ottico della guida di luce, agendo da centri di diffusione della luce che le investe così conferendo alla fibra una capacità di emissione laterale di luce.

Tali bollicine d'aria possono essere incluse nel glicerolo/poligliceroli prima di iniettarlo (per esempio tramite pressione dello stantuffo di una siringa) nel tubo di contenimento. Per esempio, la semplice agitazione del glicerolo/poligliceroli contenuto in una bottiglia non completamente piena determina l'inclusione di bollicine d'aria. La percentuale, in volume, dell'aria inclusa nella forma di bollicine determina la percentuale di emissione laterale della fibra.

Nell’uso, la fibra ottica 1 eventualmente preparata senza inclusione di impurità/bollicine può essere configurata a posteriori come fibra ad emissione laterale, ad esempio schiacciando lateralmente la fibra per mezzo di piccole morsette. Lo schiacciamento genera una variazione locale del diametro della fibra ottica con conseguente fuoriuscita laterale della luce in prossimità del punto di schiacciamento. L'entità della fuoriuscita locale di luce à ̈ proporzionale allo schiacciamento.

La figura 2 mostra una fotografia di una fibra realizzata iniettando glicerolo all'interno di un tubicino di materiale THV della Dyneon, di diametro 6 mm e lunghezza 300 cm e chiudendo le estremità con dei tappi trasparenti in vetro di forma cilindrica.

L'efficienza di trasmissione della fibra à ̈ stata misurata rispetto a luce rossa (lambda = 650 nm) e luce solare e la sua trasmissività à ̈ risultata confrontabile con quella di una comune fibra ottica commerciale in materiale plastico.

In figura 3 à ̈ mostrata la trasmissività ottica di uno spessore di glicerolo di 18 mm in funzione della lunghezza d'onda della luce incidente.

Dalla figura si evince che il materiale utilizzato à ̈ trasparente alla luce visibile (0.38 < Lambda < 0.75 micron), mentre presenta un forte assorbimento nell'infrarosso e una lieve flessione nella regione di confine fra luce visibile e infrarossa (regione intorno a 700 nm) dovuto alla presenza di molti gruppi OH nella molecola del glicerolo. Generalmente, l'assorbimento di luce infrarossa può costituire un beneficio nelle applicazioni illuminotecniche, in cui la luce infrarossa non à ̈ desiderata in quanto soltanto portatrice di calore. Cionostante l'assorbimento nell'infrarosso à ̈ accompagnato anche da un molto meno pronunciato, ma apprezzabile assorbimento della regione di confine fra luce visibile ed infrarossa. Eventualmente tale assorbimento può essere limitato o addirittura annullato usando diglicerolo/ triglicerolo/poligliceroli al posto di semplice glicerolo. Difatti l'uso di poligliceroli porta a ridurre il numero di gruppi funzionali OH con la formazione di legami eterei. Addirittura si potrebbero impiegare dei poligliceroli ramificati o ciclici in cui il numero di gruppi OH viene pressoché annullato. L'uso di poligliceroli porterebbe essere introdotto per regolare l'assorbimento nella regione infrarossa e di confine fra luce visibile ed infrarossa.

E' stato anche verificato che la fibra esposta a luce concentrata di circa 400 Soli non si danneggia, a differenza di una fibra commerciale in materiale plastico PMMA che dopo qualche minuto si rammollisce e poi si scioglie.

Questo aspetto rende la fibra dell’invenzione preferibile a quelle note per applicazioni illuminotecniche in cui viene usata luce solare concentrata. L'eventuale uso di tappi di forma/colore opportuna/o può rendere la fibra ancora più idonea all'uso in sistemi di captazione solare e di illuminazione.

L’invenzione à ̈ stata descritta con riferimento ad una forma preferita di realizzazione, ma si intende che potranno essere apportate modifiche equivalenti senza uscire dall’ambito di protezione conferito dalla presente privativa industriale.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI: 1. Guida di luce comprendente un nucleo (2) atto a trasportare luce contenuto in un rivestimento tubolare (3) di asse longitudinale (X) con indice di rifrazione minore di detto nucleo, caratterizzata dal fatto che detto nucleo à ̈ composto sostanzialmente da glicerolo/poligliceroli liquido biodegradabile.
2. 2. Guida di luce secondo la rivendicazione 1, in cui detto rivestimento comprende una guaina cava in materiale fluoro termoplastico.
3. 3. Guida di luce secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto rivestimento comprende almeno un tappo trasparente di chiusura (4) ad esempio in vetro o plastica.
4. 4. Guida di luce secondo la rivendicazione 3, in cui detto tappo à ̈ un filtro ottico.
5. 5. Guida di luce secondo la rivendicazione 3, in cui detto tappo à ̈ un concentratore solare.
6. 6. Guida di luce secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto nucleo comprende una dispersione di impurità allo scopo di ottenere un effetto di emissione della guida di luce trasversalmente a detto asse (x).
7. 7. Guida di luce secondo la rivendicazione 6, in cui dette impurità comprendono bollicine d'aria.
8. 8. Apparato di illuminazione comprendente almeno una guida di luce secondo una delle rivendicazioni 1-7.
9. 9. Apparato secondo la rivendicazione 8, del tipo a luce solare concentrata.
10. 10. Metodo di produzione di una guida di luce secondo una delle rivendicazioni 1-7 comprendente le fasi di iniezione di un nucleo di glicerolo/poligliceroli all’interno di detto rivestimento tubolare cavo e inserimento controllato di bollicine d’aria in detto nucleo.
11. 11. Uso di poligliceroli come core liquido di guide di luce per la regolazione dell'assorbimento della luce nella regione di luce infrarossa e di confine fra luce visibile ed infrarossa.