JP2013182668A - Sunlight daylighting device - Google Patents

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Hideaki Murakami
英明 村上
Mikihito Shimada
幹人 島田
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Ryoko Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve and standardize a daylighting amount at a time and season when sun angles are low and provide a shape and structure where a direction of a building body gets no restriction, and reduce the number of components and manufacturing cost.SOLUTION: A sunlight daylighting device 10 includes a transparent dome 1 made of acrylic resin or polycarbonate resin and a three-dimensional reflection mirror 2 having a reflection area of 1/4 or more of an inner surface area of the dome 1. The sunlight daylighting device 10 has a bottom part 3 of a rectangular or circular shape, and it is desirable that a shape of the dome 1 may be cylindrical at 1/4 to 1/2 of its height from the bottom part 3 up to a dome apex part 1a and an upper part may be hemispherical.

Description

本発明は、太陽光採光装置に関する。   The present invention relates to a solar lighting device.

一般的な天窓・トップライトは、太陽角度の低い朝夕あるいは冬季には、その採光量はどうしても低くなる。
半球状ドーム内に反射ミラーを内蔵するものも、非太陽追尾タイプではそのドームに占める反射ミラーの面積は比較的小さく、補助的な使用方法が一般的である。
建物躯体から４５度程度の角度でガラスを配する天窓型トップライト（高反射処理した導光ダクトの採光部に採用されている）では、その設置方角が建物の立ち方向に限定されてしまい、南向きに設置できるとは限らない。 In general skylights and toplights, the amount of light collected is inevitably low in the morning and evening or winter when the sun angle is low.
Even if the hemispherical dome has a built-in reflecting mirror, the non-sun tracking type occupies a relatively small area of the reflecting mirror in the dome, and an auxiliary usage method is generally used.
In the skylight type toplight (adopted in the daylighting part of the light-reflecting light guide duct) that arranges the glass at an angle of about 45 degrees from the building frame, the installation direction is limited to the standing direction of the building, It cannot always be installed southward.

太陽追尾タイプとしては、太陽を追尾する反射ミラーをドーム頭頂部からの支柱により回転させる装置が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この装置では、ドーム頭頂部に支柱を支える穴が必要であり、それによるドーム強度の低下や穴からの漏水などの問題がある。
また、太陽を方角・角度とも追尾することでその採光量を多くする装置が提案されている（たとえば、特許文献２、３参照）。しかし、このような装置はその構造が複雑である、又は、部品点数が多い。 As a sun tracking type, an apparatus has been proposed in which a reflecting mirror for tracking the sun is rotated by a support from the top of the dome (see Patent Document 1). However, this device requires a hole for supporting the column at the top of the dome, which causes problems such as a decrease in dome strength and water leakage from the hole.
In addition, a device that increases the amount of light collected by tracking the sun in both direction and angle has been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3). However, such a device has a complicated structure or a large number of parts.

特開２００１−３１２９１０号公報JP 2001-312910 A 特開２００５−２１５５０９号公報JP 2005-215509 A 特開２００６−２２８６６３号公報JP 2006-228663 A

本発明は、太陽角度の低い時間・季節での採光量向上とその平準化、建物躯体方向に制限を受けない形状と構造、及び部品点数の低減と製造コストの低減を課題とする。   An object of the present invention is to improve the light intensity in the time / season where the sun angle is low and level it, the shape and structure not restricted by the direction of the building frame, the number of parts, and the manufacturing cost.

本発明の太陽光採光装置は、アクリル樹脂製又はポリカーボネート樹脂製の透明なドームと、反射面積が前記ドームの内面表面積の１／４以上である三次元反射ミラーとを有することを特徴とする。
本発明の太陽光採光装置は、底部が矩形あるいは円形であり、前記ドームの形状が、前記底部からドーム頭頂部までの高さの１／４〜１／２の高さまでが円筒状であり、その上部は半球状であることが好ましい。
また本発明の太陽光採光装置は、前記反射ミラーの反射面の中心部が南に向き、前記反射ミラーの形状が、その底部からドーム頭頂部までの高さの１／４〜１／２の高さまでは垂直あるいは垂直から３０度太陽光入射側に傾斜し、その上部は更に５〜３０度太陽光入射側に傾斜しており、前記反射ミラーの反射面積が、ドーム下部の内面面積の２０％以上であることが好ましい。
さらに本発明の太陽光採光装置は、ドーム下部に円形の反射ミラー保持具を有し、前記反射ミラーが太陽追尾できるように前記保持具の回転用モーターとその制御コントローラとを有し、かつ、前記回転用モーター及び前記制御コントローラの電源として二次電池と太陽光発電パネルとを内蔵することが好ましい。 The solar lighting device of the present invention includes a transparent dome made of acrylic resin or polycarbonate resin, and a three-dimensional reflection mirror having a reflection area that is 1/4 or more of the inner surface area of the dome.
The solar lighting device of the present invention has a rectangular bottom or a bottom, and the shape of the dome is cylindrical up to 1/4 to 1/2 the height from the bottom to the top of the dome, The upper part is preferably hemispherical.
Further, in the sunlight lighting device of the present invention, the center of the reflecting surface of the reflecting mirror faces south, and the shape of the reflecting mirror is 1/4 to 1/2 of the height from the bottom to the top of the dome. At the height, it is vertical or inclined 30 degrees from the vertical to the sunlight incident side, and the upper part thereof is further inclined 5 to 30 degrees to the sunlight incident side. % Or more is preferable.
Furthermore, the sunlight lighting device of the present invention has a circular reflection mirror holder at the bottom of the dome, and has a motor for rotating the holder and its controller so that the reflection mirror can track the sun, and It is preferable that a secondary battery and a photovoltaic power generation panel are incorporated as power sources for the rotation motor and the control controller.

ミラーを大型化し且つ３次元化することにより、反射面積と採光効率とを向上させることができ、また、部品点数を少なくすることができる。
太陽追尾タイプについては、常に太陽に相対することにより、反射面積と反射時間をより大きくすることができ、さらに採光量を平準化することができる。 By increasing the size of the mirror and making it three-dimensional, the reflection area and the daylighting efficiency can be improved, and the number of parts can be reduced.
For the sun tracking type, by always facing the sun, the reflection area and the reflection time can be further increased, and the amount of light collected can be leveled.

本発明の太陽光採光装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the sunlight lighting apparatus of this invention. 本発明の太陽光採光装置の垂直断面図である。It is a vertical sectional view of the sunlight lighting device of the present invention. 本発明の太陽光採光装置の設置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of installation of the sunlight lighting apparatus of this invention. 本発明品及び従来品での採光量の日中の変化を比較した図である。It is the figure which compared the change in the daytime of the amount of light collection with this invention product and a conventional product.

本発明の太陽光採光装置の一実施形態について、図１と図２を参照して説明する。図１（ａ）と図１（ｂ）とは、三次元反射ミラー２の位置が異なっている。
太陽光採光装置１０は、透明なドーム１と、ドーム１の内部に大型の三次元反射ミラー２とを有する。本実施形態において太陽光採光装置１０は躯体２０に設置されている。
透明なドームの内部に大型の反射三次元形状ミラーを設置し、太陽光を反射することで、採光量と採光時間を向上させることができる。 One embodiment of the sunlight lighting device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1A and FIG. 1B are different in the position of the three-dimensional reflection mirror 2.
The sunlight lighting device 10 includes a transparent dome 1 and a large three-dimensional reflection mirror 2 inside the dome 1. In the present embodiment, the sunlight lighting device 10 is installed in the housing 20.
By installing a large reflective three-dimensional mirror inside the transparent dome and reflecting sunlight, the amount of light collected and the time of daylighting can be improved.

本実施形態において、太陽光採光装置１０の底部３は矩形である。底部３が矩形、好ましくは正方形であることにより、トップライト等の一般的な躯体に太陽光採光装置１０を容易に設置することができる。
尚、底部３は矩形以外の形状であってもよく、円形であることも好ましい。 In the present embodiment, the bottom part 3 of the solar lighting device 10 is rectangular. When the bottom 3 is rectangular, preferably square, the solar light collecting device 10 can be easily installed on a general housing such as a toplight.
The bottom 3 may have a shape other than a rectangle, and is preferably circular.

（ドーム）
ドーム１は、アクリル樹脂製又はポリカーボネート樹脂製の透明なものである。
透明なドーム１は、例えば、３ミリ厚み以上のアクリル樹脂板あるいはポリカーボネート樹脂板を加工することにより成形できる。
成形によりドーム頭頂部の肉厚が薄くなり、また、太陽光採光装置は屋外に長期に設置されることを考慮すると、６ミリ厚み以上の透明アクリル樹脂板（三菱レイヨン製アクリライト等）を使用することが好ましい。
本実施形態において、ドーム１は、底部３からドーム頭頂部１ａまでの高さＨの１／４〜１／２の高さまで（ドーム下部）が円筒状であり、その上部が半球状である。
ドーム下部に円筒状の垂直な立ち上げ部１ｂを設けることにより、反射面積を大きくし、採光量を拡大できる。
ドーム上部を円型（円筒状〜半球状）、好ましくは半球状にすることにより、ドーム１に内蔵する三次元反射ミラー２の向き・方角を任意に決めることができる。これにより、建物や取り付け躯体の向きにとらわれず、三次元反射ミラー２を南あるいは太陽に向けて設置することができる。後述の太陽追尾タイプについては、さらに日の出から日没まで太陽と相対させることにより、採光量を増大することができ、且つ、平準化することができる。 (dome)
The dome 1 is a transparent one made of acrylic resin or polycarbonate resin.
The transparent dome 1 can be formed, for example, by processing an acrylic resin plate or a polycarbonate resin plate having a thickness of 3 mm or more.
The thickness of the top of the dome is reduced by molding, and considering that the solar lighting device will be installed outdoors for a long time, a transparent acrylic resin plate (Mitsubishi Rayon Acrylite, etc.) with a thickness of 6 mm or more is used. It is preferable to do.
In the present embodiment, the dome 1 has a cylindrical shape from the bottom 3 to the height ¼ to ½ of the height H from the dome top 1 a (the lower part of the dome), and the upper part thereof is hemispherical.
By providing the cylindrical vertical rising portion 1b at the bottom of the dome, the reflection area can be increased and the amount of light collected can be increased.
By making the upper part of the dome circular (cylindrical to hemispherical), preferably hemispherical, the direction and direction of the three-dimensional reflecting mirror 2 built in the dome 1 can be arbitrarily determined. Thereby, the three-dimensional reflection mirror 2 can be installed toward the south or the sun without being constrained by the direction of the building or the mounting housing. For the sun tracking type described later, the amount of collected light can be increased and leveled by making the solar tracking relative to the sun from sunrise to sunset.

（三次元反射ミラー）
太陽光採光装置１０は、反射面積がドーム１の内面表面積の１／４以上である三次元反射ミラー２を有する。
本実施形態において、三次元反射ミラー２は、ドーム内面に沿って、ドーム下部からドーム上部にまで及ぶ大型のものである。
三次元反射ミラー２は、例えば、ミラー鋼板等を折り曲げ加工することによって製作可能である。なかでも、反射効率・軽量化・一体化の観点から、樹脂成形品であることが好ましい。
三次元反射ミラー２の材料として樹脂板を使用する場合、成形後に金属蒸着を行うことで、反射ミラーとしての機能を付与できる。
該樹脂板としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂などを使用することができ、蒸着のしやすさや蒸着膜の密着強度の観点から、アクリル樹脂を使用することが好ましい。アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂などを使用することにより、反射ミラーの大型化と一体化及び部品点数の低減を実現することができる。
また、上記のように後蒸着を行う以外に、あらかじめ表面にミラー処理（蒸着やメッキ処理等、又はこれらの処理が施されたフィルムの貼り付け等）がなされた樹脂板を使用して成形することもできる。 (Three-dimensional reflection mirror)
The solar lighting device 10 includes a three-dimensional reflection mirror 2 whose reflection area is ¼ or more of the inner surface area of the dome 1.
In the present embodiment, the three-dimensional reflecting mirror 2 is a large one extending from the lower part of the dome to the upper part of the dome along the inner surface of the dome.
The three-dimensional reflection mirror 2 can be manufactured, for example, by bending a mirror steel plate or the like. Among these, a resin molded product is preferable from the viewpoint of reflection efficiency, weight reduction, and integration.
When a resin plate is used as the material of the three-dimensional reflection mirror 2, a function as a reflection mirror can be imparted by performing metal vapor deposition after molding.
As the resin plate, acrylic resin, polycarbonate resin, ABS resin and the like can be used, and acrylic resin is preferably used from the viewpoint of easiness of vapor deposition and adhesion strength of the vapor deposition film. By using acrylic resin, polycarbonate resin, ABS resin, etc., it is possible to realize enlargement and integration of the reflection mirror and reduction in the number of parts.
In addition to post-deposition as described above, molding is performed using a resin plate whose surface has been previously subjected to mirror treatment (evaporation, plating treatment, or pasting of a film subjected to these treatments). You can also.

三次元反射ミラー２は、そのドーム下部側が太陽光入射側（ドーム中心部）に傾斜し、ドーム上部側はドーム下部側より更に大きく傾斜している。
三次元反射ミラー２のドーム下部側は、好ましくは垂直に直立、あるいは傾斜角度αが０〜３０度で太陽光入射側（ドーム中心部）に傾斜していることが好ましく、より好ましくは、その傾斜角度αが５〜３０度である。これにより、太陽光を室内側に効率よく反射させることができる。
三次元反射ミラー２のドーム上部側は、ドーム下部側に比べて傾斜角度β分を更に大きくとり、ドーム下部側よりも更に傾斜角度β分で５〜３０度傾斜していることが好ましく、合計の傾斜角度（α＋β）が１０〜４５度であることが好ましい。加えて、三次元反射ミラー２の反射面積は、ドーム下部の内面面積の２０％以上であることが好ましい。これらにより、日の出・日没あるいは冬季の低い太陽角度に対応することができる。
かかる三次元反射ミラー２を、その反射面の中心部を南に向けて用いることで、採光量を増大することができる。 The three-dimensional reflecting mirror 2 has a lower dome side inclined toward the sunlight incident side (dome central part), and an upper dome side inclined more largely than the lower dome side.
The lower side of the dome of the three-dimensional reflecting mirror 2 is preferably vertically upright or inclined to the sunlight incident side (dome center) at an inclination angle α of 0 to 30 degrees, and more preferably The inclination angle α is 5 to 30 degrees. Thereby, sunlight can be efficiently reflected indoors.
The upper side of the dome of the three-dimensional reflecting mirror 2 preferably has an inclination angle β larger than that of the lower side of the dome, and is further inclined by 5 to 30 degrees with an inclination angle β of the lower side of the dome. The tilt angle (α + β) is preferably 10 to 45 degrees. In addition, the reflection area of the three-dimensional reflection mirror 2 is preferably 20% or more of the inner surface area of the lower portion of the dome. By these, it can respond to the low sun angle of sunrise / sunset or winter.
By using such a three-dimensional reflection mirror 2 with the central portion of the reflection surface facing south, the amount of light collected can be increased.

三次元反射ミラー２は、ミラー取り付け部（図示略）に取り付けられる。
このミラー取り付け部は、建物・躯体の方向を問わず、南あるいは太陽に相対する必要があるので、躯体と平行な円形となる。ミラー取り付け部は、アルミニウムあるいはステンレスによる曲げ加工により製作される。太陽追尾タイプでは、この円形部が回転用モーターにより回転し、例えば図１（ａ）から図１（ｂ）への変化のように、三次元反射ミラー２が移動する。 The three-dimensional reflection mirror 2 is attached to a mirror attachment portion (not shown).
Since this mirror mounting portion needs to face the south or the sun regardless of the direction of the building / frame, it becomes a circle parallel to the frame. The mirror mounting part is manufactured by bending with aluminum or stainless steel. In the sun tracking type, this circular portion is rotated by a motor for rotation, and the three-dimensional reflecting mirror 2 moves, for example, as shown in FIG. 1A to FIG. 1B.

（太陽追尾タイプ）
太陽追尾タイプの太陽光採光装置として、反射ミラーと、ミラー取り付け部と、駆動モーターと、そのコントローラと、二次電池と、太陽光発電パネルとから成る太陽追尾システムを備えたものが挙げられる。
具体的には、前述した本実施形態の太陽光採光装置１０の形態に加えて、ドーム下部に円形の反射ミラー保持具を有し、三次元反射ミラー２が太陽追尾できるように回転駆動するため、前記保持具の回転用モーターとその制御コントローラとを有し、かつ、前記回転用モーター及び前記制御コントローラの電源として二次電池と太陽光発電パネルとを内蔵するものが好ましい。この太陽追尾タイプの太陽光採光装置については、その追尾を方角（回転方向）のみとすることで、部品点数を減ら巣ことができ、また、追尾コントローラシステムを簡素化することができる。該追尾コントローラシステムは、単純に２４時間回転駆動させることができる。
尚、太陽追尾タイプの太陽光採光装置は、外部電源を使用することもできるが、その配線取り回しやその外観的に好ましくない。 (Sun tracking type)
As a solar tracking type solar light collecting device, a solar tracking device including a reflection mirror, a mirror mounting portion, a drive motor, a controller thereof, a secondary battery, and a solar power generation panel can be cited.
Specifically, in addition to the form of the daylighting device 10 of the present embodiment described above, a circular reflection mirror holder is provided at the bottom of the dome, and the three-dimensional reflection mirror 2 is driven to rotate so that it can track the sun. It is preferable to have a motor for rotating the holder and a controller for the motor, and to incorporate a secondary battery and a photovoltaic power generation panel as power sources for the motor for rotation and the controller. About this solar tracking type solar light collecting device, the number of parts can be reduced by making the tracking only in the direction (rotation direction), and the tracking controller system can be simplified. The tracking controller system can simply be rotated for 24 hours.
In addition, although the solar tracking type solar lighting device can use an external power supply, it is not preferable in terms of wiring and appearance.

本発明の太陽光採光装置により、太陽光を効率良く採光できる。しかしながら、直接室内に太陽光を取り込むと、その光は一般的なトップライトよりも強く、また室内温度を上昇させる原因となる。そこで、図３に示すように、本発明の太陽光採光装置を採用した採光部３０の下部に、導光部４０もしくは光拡散部（出光部５０）又はその双方を設置することが好ましい。   The solar light collecting device of the present invention can efficiently extract sunlight. However, when sunlight is directly taken into the room, the light is stronger than a general top light and causes the room temperature to rise. Therefore, as shown in FIG. 3, it is preferable to install the light guide unit 40 and / or the light diffusion unit (light-emitting unit 50) or both at the lower part of the daylighting unit 30 employing the solar lighting device of the present invention.

本発明は、主に新築建物を想定したものであるが、既築建物への設置も可能である。但し、本発明の太陽光採光装置を既築建物に設置する場合、建物屋上の強度不足や雨漏り等の危険性を考えると、屋上などに設置することは望ましくなく、壁面への取付を推奨する。   Although the present invention mainly assumes a new building, it can be installed in an existing building. However, when installing the solar lighting device of the present invention in an existing building, it is not desirable to install it on the rooftop, etc., considering the danger of insufficient strength on the building roof or rain leaks, etc. .

図４は、従来タイプの透明トップライト（従来品）、並びに、本発明を適用した固定タイプ及び追尾タイプでの採光量の日中の変化を比較したグラフを示す。
かかる採光量の測定は、図３に示す実施形態と同一の実施形態、すなわち、前述した本実施形態の太陽光採光装置１０を採用した採光部３０の下部に、導光部４０として内面を高反射処理したダクトを接続し、出光部５０に拡散シートを設けて、太陽光を室内に取り込むことにより実施した。場所は東京にて、春分の日に該測定を行った。追尾コントローラシステムは、必要電力低減・二次電池容量を低く抑えるため、回転駆動は日の出から日没とし、また消費電力を抑えるため、１０分から３０分毎に回転させるように設定した。そして、８時から１６時までの採光量の変化を図４に示した。
かかる採光量の測定の結果、本発明品（固定タイプ及び追尾タイプ）は、従来品に比べて採光量が多いことが確認できた。
尚、本発明は上記の実施例になんら限定されるものではなく、発明の請求範囲において様々な変形例が存在することは言うまでもない。 FIG. 4 is a graph comparing the daytime changes in the amount of light collected in a conventional type transparent toplight (conventional product) and in a fixed type and a tracking type to which the present invention is applied.
The measurement of the light intensity is performed in the same embodiment as the embodiment shown in FIG. 3, that is, the inner surface of the light guide unit 40 is increased at the lower part of the daylighting unit 30 adopting the solar light collecting device 10 of the present embodiment described above. The reflection-treated duct was connected, and a diffusion sheet was provided in the light exit portion 50, and sunlight was taken into the room. The measurement was carried out on a spring equinox day in Tokyo. The tracking controller system was set to rotate every 10 to 30 minutes in order to reduce the required power and to keep the secondary battery capacity low, so that the rotational drive was from sunrise to sunset and to reduce power consumption. The change in the amount of light collected from 8 o'clock to 16 o'clock is shown in FIG.
As a result of measuring the amount of light collected, it was confirmed that the product of the present invention (fixed type and tracking type) had a larger amount of light collected than the conventional product.
In addition, this invention is not limited to said Example at all, and it cannot be overemphasized that various modifications exist in the claim of invention.

１ ドーム、２ 三次元反射ミラー、３ 底部、１０ 太陽光採光装置、２０ 躯体、３０ 採光部、４０ 導光部、５０ 出光部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dome, 2 3D reflective mirror, 3 Bottom part, 10 Sunlight collecting device, 20 Housing, 30 Daylighting part, 40 Light guide part, 50 Light emission part

Claims (4)

アクリル樹脂製又はポリカーボネート樹脂製の透明なドームと、反射面積が前記ドームの内面表面積の１／４以上である三次元反射ミラーとを有する太陽光採光装置。   A solar lighting device having a transparent dome made of acrylic resin or polycarbonate resin, and a three-dimensional reflecting mirror having a reflection area of ¼ or more of the inner surface area of the dome. 底部が矩形あるいは円形であり、
前記ドームの形状が、前記底部からドーム頭頂部までの高さの１／４〜１／２の高さまでが円筒状であり、その上部は半球状である請求項１に記載の太陽光採光装置。 The bottom is rectangular or circular,
The solar light collecting device according to claim 1, wherein the shape of the dome is cylindrical from 1/4 to 1/2 of the height from the bottom to the top of the dome, and the top is hemispherical. . 前記反射ミラーの反射面の中心部が南に向き、
前記反射ミラーの形状が、その底部からドーム頭頂部までの高さの１／４〜１／２の高さまでは垂直あるいは垂直から３０度太陽光入射側に傾斜し、その上部は更に５〜３０度太陽光入射側に傾斜しており、
前記反射ミラーの反射面積が、ドーム下部の内面面積の２０％以上である請求項１又は２に記載の太陽光採光装置。 The center of the reflecting surface of the reflecting mirror faces south,
When the shape of the reflection mirror is ¼ to ½ of the height from the bottom to the top of the dome, the reflection mirror is inclined from the vertical or vertical to 30 ° sunlight incident side, and the upper part is further 5-30. Is inclined to the sunlight incident side,
The solar light collecting device according to claim 1 or 2, wherein a reflection area of the reflection mirror is 20% or more of an inner surface area of a lower portion of the dome. ドーム下部に円形の反射ミラー保持具を有し、
前記反射ミラーが太陽追尾できるように前記保持具の回転用モーターとその制御コントローラとを有し、かつ、前記回転用モーター及び前記制御コントローラの電源として二次電池と太陽光発電パネルとを内蔵する請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽光採光装置。 It has a circular reflection mirror holder at the bottom of the dome,
The holding mirror has a motor for rotating the holder and a controller for controlling the reflecting mirror so that the sun can track the sun, and a secondary battery and a photovoltaic power generation panel are incorporated as power sources for the motor for rotating and the controller. The solar light lighting device according to any one of claims 1 to 3.
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