JP2016506056A - 太陽電池式ランタン、太陽電池式ランタンの点灯部、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】「光不足」に対して、競争力のある価格で環境破壊がなく再生可能な光源である太陽電池式ランタンを提供することを目的とする。【解決手段】太陽電池式ランタンの点灯部は、廃棄プラスチックボトルに螺合されるボトルの蓋と一体に形成され、点灯部の発光ダイオード（ＬＥＤ）はボトルの中へ延びる。点灯部は、ボトルの蓋の上面に位置する太陽電池パネルによって充電される充電式電池により給電される。【選択図】図１

Description

本出願は、2013年1月3日に提出され、参考として添えられた米国仮出願第
61/748,637号の権利を主張する。

本発明は、充電式バッテリによって給電される点灯部を有する
太陽電池式ランタンに関する。点灯部は、廃棄ペットボトルに取り付けられるボトルの蓋と一体に形成されており、点灯部の発光ダイオード(LED)はボトル内に延びる。蓋上の太陽電池パネルは、日照時間中にはバッテリを再充電する。

本発明は、発展途上国では手頃な価格で照明へのアクセスを提供するために利用することができ、先進国においては、美的および/または販売促進目的に利用することができる。

発展途上国では150億以上の人々が、日没後に頼りになる光源を使用できず、電力系統から離れて生活している。多くの地域では、灯油ランプは主要な光源であり、月あたり約2.50ドル程の費用がかかる。
これらのランプは、低出力で火災の危険と健康問題を引き起こす可能性がある。そのため、「光不足」に競争力のある価格で環境破壊がなく再生可能な光源により対処されるならば、望ましい進歩となるであろう。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、一態様において、閉じた底端部、上端部、前記上端部にねじ付き開口部を有する半透明プラスチック基材を備えることを特徴とする太陽電池式ランタンに関する発明により達成される。好ましい実施形態では、このプラスチック基材は、標準的なポリエチレンテレフタレートの飲料容器のような廃棄されたプラスチックボトルであり、透明または着色されていてもよい。前記基材の前記上端部の前記ねじ付き開口部に適合し、平坦な上面と、前記上面上に配置された太陽電池パネルを有するねじ付き蓋が備えられる。充電式電池は、前記太陽電池パネルと反対側の前記蓋の面に配置され、前記太陽電池パネルに接続される。充電式電池に接続された細長い点灯部は、太陽電池パネルと反対側の前記蓋の面に配置され、前記蓋の上面から前記基材の中へ延びる発光ダイオード(LED)の配列を備える。

別の態様においては、点灯部は別々に設けられており、
ユーザーは、廃棄された容器内に点灯部を適応させてランタンを形成することができる。

図1は、本発明の実施形態に基づく太陽電池式ランタンの斜視図である。
図2は、本発明の実施形態に基づく点灯部を示す図である。
図3は、図2の点灯部の上部の内側を示す図である。
図4は、図2の点灯部の下部を示し、LEDの細長いアレイを備えたチューブを含む。

本発明による太陽電池式ランタンは、従来のポリエチレンテレフタレート(PET)ボトルなどペットボトルの標準的なねじ付き開口部にフィットするキャップ又は蓋に内蔵された太陽電池パネル及びバッテリを含む。

図1に示される実施形態では、点灯部20は、キャップの上面に太陽電池パネル30を含む。キャップは、直径が約55mmで十分な面積を提供するように計算され、太陽電池パネルは、以下に説明するように、所望の光レベルで所定時間動作するように、バッテリを再充電するための十分な電流を生成することができる。点灯部20は、（廃棄及びリサイクルされた容器の場合）オリジナルキャップと同じねじパターンを使用してボトル12に螺合され、水を密閉することができる。これにより、ボトル12を水で満たすことが可能になり、ランタンに重みの基礎を与える。代替的に、砂または他の固形物を重みの基礎を与える目的で容器に加えることができる。光の拡散率を増加させるために、更に反射する物質を容器内に入れてもよい。

点灯部20は、容器12内に延びる発光ダイオード(LED)のアレイ（配列）に電力を供給する充電式電池を含む。図示の実施形態において、4個のLED22が設けられているが、アレイ内のLED数は決定する技術者の技量に委ねることができる。

「U字型」ワイヤハンドル40は、キャリングハンドルおよびオン/オフスイッチの両方として機能する。図3に示すように、プリント回路基板(PCB)33は、種々の電力レベルでLEDアレイに電力を供給し、及びアレイ内の種々のLEDに電力を供給する為の回路を備える。キャップ上の小さなエンボス加工されたつまみにより、ハンドル/スイッチ40はカチッと音がして３つの位置にすることができる。一方側の第一位置では、ランタンはオフであるが、第二位置（例えば、鉛直側）ではランタンはフルオン（全4個のLEDが最大強度で点灯）である。ハンドルを第一位置と反対側の第三位置にすると、ハンドルと反対側の２つのLEDがオンとなり、フルオンモードと同じ放射照度を有する、プロジェクトに限定されたタスク用のライトになるが、バッテリ寿命は2倍となる。フル充電時のフルオンモードでのバッテリ動作時間は1時間以上が好ましく、2時間以上がより好ましく4時間以上がさらに好ましい。

LEDアレイの明るさの選択もまた、技術者の技量に任されており、10ルーメン以上が好ましく、20ルーメン以上がより好ましい。国際基準（ライトニングアフリカ、国連UNDESA、ナイジェリアSONCAPなど）の大部分を満たすためには、フルオンの状態で最小20ルーメンに達することが好ましいであろう。この設計上のポイントを用いて、典型的なバッテリ容量と太陽電池パネルの容量の仕様を表1-3に記載するが、これに限られるものではない。この実施例は、4個のLEDを用いた20ルーメンの製品であって、1日あたり目標として4時間の操作性のあるものに基づいている。これは、以下の表1-3に記載されているように、約1ワット時のエネルギーの(太陽電池パネルによる)収集および(バッテリ内の)保存を必要とする設計となる。
表1
太陽電池パネルは、このエネルギー量を以下のように集めるよう設計されている。
表 2

このエネルギー量を生成するために、標準の多結晶太陽電池セルを用いて、太陽電池パネルは、およそ1300mmの表面積を有さなくてはならず、36x36mm²平方または51mmの対角長の収集エリアを生じさせる。選択された設計ではキャップの直径は55mmである。取り扱いを容易にし破損を制限する目的で、この太陽電池パネルは、2x4アレイに配置された8個の太陽電池チップで構成され、各太陽電池チップは9x18mmのサイズである。

この収集された太陽エネルギーは次に、例えば350mA時の容量を有するN型LiFePO₄バッテリのような、2000回充電可能な充電式の交換可能なバッテリに保存される。このバッテリは8時間以内に太陽電池パネルで完全に充電することが可能であり、ランタンモードの最大強度で4時間以上使用できるであろう。タスクライトモードでは、バッテリは約9時間光を提供する。
表3

キャップは、射出成形されたプラスチック(例えばアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)または等価物)で作られていてよく、これは太陽電池パネル、ハンドル、ボトルのねじ山、ランプ/バッテリの組み立て部品、およびLEDアレイを含むチューブの構造を提供する。図3及び図4に示すように、ハンドルの一端には、スイッチ組み立て部品が、太陽電池パネルPCBの下側に取り付けられている。ランプ/バッテリ組み立て部品は太陽電池パネルPCB内のスロット内に配置され、適所ではんだ付けされて電気的接続が形成される。

標準の3ポジションスイッチは、太陽電池パネルの下側に取り付けられている。2個の小さな射出成形品(ABS又は等価物)は、スイッチメカニズムを構成する。第1のものは、スイッチを覆って嵌合する「サドル」である。「レバー」は、ワイヤハンドルに取り付けられ、スイッチが第一の側、鉛直側また第二の側の位置まで回動することを可能にする。ワイヤ端部の長方形は、レバーが滑るのを防ぐ。

PCBは、スイッチ、LEDのための電流制限抵抗、パネルがバッテリの放電を防ぐための暗電流ダイオード、また、バッテリを保護するための簡単なバッテリ充電チップを含んでもよい。その他の電子部品を使用してもよいが、この最小限の構成では、製造コストを低くすることができる。

図4に示すように、光学チューブ24は、LEDアレイ22及びバッテリ43を収容している。チューブ24は、チューブの上部にある小さなOリング44を使用して、これらの要素に防水シールを提供する。これはまた、キャップ内の所定位置にチューブを固定する機械的要素を提供する。したがって、チューブはバッテリ交換のためにキャップから取り外すことができる。新しいバッテリが挿入されると、チューブはキャップに差し込まれた後、所定位置にスナップ留めすることができる。

光学チューブは、LED近くで屈折および反射要素を提供する射出成形部(透明なABSまたは等価物)である。これらの要素は、（ランタンモードにおいては）各LEDから放射された光を捉え、光の向きを下方へ変え、直径が約1mの均一な光の円板を作るように設計されている。

LEDアレイおよびバッテリは、バッテリを収納するために、中央部でカットされた矩形の基本的な繊維ガラスPCB33で組み立てられている。LEDは基板の両面に搭載されている。PCB 33の端部のカードエッジ型端子は、直接太陽電池パネルに直角にはんだ付けされ、バッテリとLEDを接続する。

実施形態において、ランタンは日中/夜間の使用スキームと対応する電力管理回路を設けてもよい。サイクルは2つのフェーズで構成される。サイクルは充電フェーズである朝に開始される。蓄積されたエネルギーが利用される夜間/照明フェーズがこれに続く。日が昇ると、太陽電池パネルに降り注ぐ太陽光が直流の電気エネルギーに変換される。生成された直流は電力管理回路を用いてバッテリを充電する。日が暮れた時または周囲光強度が5〜15ルクスを下回った時の後の使用のためにバッテリは電気エネルギーを蓄積する。光センサはこの目的のために光強度を検出するために提供されてもよい。午前中には光強度スイッチは、バッテリからLEDへの接続回路が開放されていることを保証するであろう。これによって、バッテリがLEDによって消耗するのを妨げ、必要な時に使うために生成された全てのエネルギーを保存するであろう。日が暮れると周囲の光強度が落ちるであろう。一旦、太陽電池パネルがもはや十分な電気エネルギーを生成しなくなると、光強度センサは充電回路をオフにしてLED回路をオンにするであろう。これは、機能的にはスイッチ操作によって補われてもよい。

バッテリ、電力管理回路、LEDアレイ、太陽電池パネル及び光センサは、同一のバッテリ、電力管理回路及び光センサを共有する２つの回路を形成するため互いに配線されてもよい。第一回路は、電力管理回路及び光センサを通じて太陽電池パネルをバッテリに接続する。第二回路は、バッテリ、光センサとLEDアレイを接続する。光センサは2つの回路のうちの1つのみが周囲の光量によって閉じることを保証する。このような昼間/夜間使用スキームを用いて、ランタンを効果的な位置に置くことができる。

好ましい実施形態の前述の説明は、添付の特許請求の範囲に定義されている本発明を制限するものとみなすべきではない。当業者であれば本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態の変形例を実施するに十分な情報が前述において与えられる。１つの実施形態に関して記載された特徴、及び、１つの独立請求項に関して記載された従属項は、本発明の範囲から逸脱することなく、お互い結合され、他の実施形態と結合され、そして、他の独立請求項と結合されたであろう。

Claims (17)

1. 閉じた底端部、上端部、前記上端部にねじ付き開口部を有する半透明プラスチック基材と、
   前記上端部のねじ付き開口部に適合し、平坦な上面と前記上面上に配置された太陽電池パネルを有するねじ付き蓋と、
   前記太陽電池パネルと反対側の前記蓋の面に配置され、前記太陽電池パネルと接続される充電式電池と、
   前記太陽電池パネルと反対側の前記蓋の面に配置され、前記蓋の上面から前記基材の中へ延びる発光ダイオード（ＬＥＤ）の配列を含み、前記充電式電池と接続された細長い点灯部と、
   を備えることを特徴とする太陽電池式ランタン。
2. 前記基材は廃棄された標準的なプラスチック飲料容器であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池式ランタン。
3. 前記基材は廃棄ポリエチレンテレフタレートボトルであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池式ランタン。
4. Ｕ字型のワイヤハンドルを更に備え、前記ハンドルは前記ハンドルの反対側の端部で前記蓋に取り付けられており、前記ハンドルは枢動させることでＬＥＤの電源をオンおよびオフ状態とする前記蓋内のスイッチに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池式ランタン。
5. スイッチは少なくとも３つの位置を有し、それぞれの位置はワイヤハンドルの位置に対応し、またそれぞれの位置はＬＥＤの異なる電力レベルに対応することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池式ランタン。
6. 光センサと、
   前記光センサ、前記充電式電池、及び、前記太陽電池パネルを作動させるように接続される電力管理回路と、を更に備え、
   前記電力管理回路は、太陽光が前記太陽電池パネルに入射する場合に、前記太陽電池パネルからの電流を前記充電式電池へと導くように適用され、また、前記スイッチがオンの位置にされる場合に、電流を前記発光ダイオードの配列へ導くように適用されることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池式ランタン。
7. 前記発光ダイオードの配列がフルオン状態で少なくとも１０ルーメンの光を生成することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池式ランタン。
8. 前記充電式電池はフルオン状態で約４時間のバッテリ寿命を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池式ランタン。
9. 前記発光ダイオードの配列は耐水性があり、更に基材内に液体を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池式ランタン。
10. 標準サイズの飲料容器に対応するよう適応され、平坦な上面と前記上面上に配置された太陽電池パネルを有するねじ付き蓋と、
    前記太陽電池パネルと反対側の前記蓋の面に配置され、前記太陽電池パネルと接続される充電式電池と、
    前記太陽電池パネルと反対側の前記蓋の面に配置され、前記蓋の上面から延びる発光ダイオード（ＬＥＤ）の配列を含み、前記充電式電池と接続された細長い点灯部と、
    を備えることを特徴とする太陽電池式ランタンの点灯部。
11. 請求項１０に記載の前記点灯部を、廃棄された標準的なプラスチック容器に挿入する工程を含む、太陽電池式ランタンの製造方法。
12. 前記容器内に前記点灯部を挿入する前に前記容器内に液体を入れる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池式ランタンの製造方法。
13. 前記プラスチック容器は、透明な1リットルポリエチレンテレフタレートボトルであることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池式ランタンの製造方法。
14. 前記プラスチック容器は、ブランド印が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池式ランタンの製造方法。
15. 前記プラスチック容器は新しい標準的なプラスチック製容器であることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池式ランタンの製造方法。
16. 前記容器には液体が含まれないことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池式ランタンの製造方法。
17. 前記容器には砂または他の固体物質が含まれることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池式ランタンの製造方法。