JP2828722B2 - 採光装置 - Google Patents

採光装置

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【発明の詳細な説明】 (イ)[産業上の利用分野] 本発明は,居住用建物,オフィスビルなどの照明と空
調に使用される採光装置の改良に関するものである。
(ロ)[従来の技術] 従来,屋外の光を室内に導く採光装置は,特開昭62−
96914号公報に示すように,レンズ等で集光した太陽光
を適当な室に光ファイバーで伝え,この光ファイバーの
出口に光拡散装置を用いて必要とされる室に太陽光を導
入するようにしていた。
また,他の従来例として,取り入れた太陽光線を光ダ
クトを介在させて室内に導く方式の太陽光線利用システ
ムも紹介されている。(昭和63年度 日本太陽エネルギ
ー学会・日本風力エネルギー協会・合同研究発表会講演
論文集第169頁〜第172頁) (ハ)[発明が解決しようとする課題] ところで,このように構成される従来の採光装置で
は,次の問題点があった。
取り入れる太陽光は時刻・季節によってその高度,方
位が変化するため,固定された光ダクトに対して直接,
平行光線として導入できず,光ダクト中で反射を繰り返
して,室内に搬送される。
このため搬送効率が変化し,がく限られた時間しか有
効に機能しない。
このため,太陽を追尾しようとすると高価で複雑な構
成の追尾装置が余分に必要である。
本発明は従来のものの上記課題(問題点)を解決する
ようにした採光装置を提供することを目的とする。
(ハ)[課題を解決するための手段] 本発明は太陽光線を光ダクトにより室内に取り入れて
照明に使用するようにした太陽光線利用システムにおい
て,光ダクト採光口に複数枚のフレネルプリズムを回転
可能に設けて太陽光線を平行光線として導き入れるよう
にしたものである。
この場合,複数枚のフレネルプリズムと光ダクトとは
外形を円形状に形成し,各プリズムを上記光ダクトに軸
受を介して回転可能に支承すると共に,モータにより回
転するようにし,これらの各フレネルプリズムを太陽の
運行に対応して導入光を平行光線とするための最適の方
位線の方向となるように中心軸に対して相互に回動制御
するようにした採光装置とすることが望ましい。
また,各フレネルプリズムの回動制御はマイクロコン
ピュータの指令により行うようにした採光装置とすれば
良い。
また,光ダクトの内面には反射材を設けるようにした
採光装置とすることができる。
(ホ)[作用] 本発明は,太陽光線が重ね合わされるように配置され
た複数枚のフレネルプリズムの最上段のフレネルプリズ
ム13aの稜線部の面から入射され,次いで,その下端に
配置されたフレネルプリズム13bの対応する稜線部を透
過してこれらプリズムを支持する光ダクト16内に導き入
れられる。
ところで,これらの重ね合わされた各プリズム13a,13
bの方位線の角度を適正なものとなるように設定してい
るので,透過光線は平行光線となって,次段の導光ダク
ト20を介して各室内へ有効に搬送される。
なお,太陽の運行に伴う一日での入射角の変化,又は
各季節間における入射角の変化に対しては,これに対処
できる方位角を定め,別置されるマイクロコンピュータ
の中にプログラム化して入れておくことにより,このコ
ンピュータからの指令に応じて,各プリズム13a,13bの
方位角を調整するように,モータ15a,15bを回動制御す
るようになっているので,光ダクト16から次の導光ダク
ト20へ送られる光は太陽の上記した運行に伴う入射角等
の変化にかかわらず,常に平行光線とすることができ
る。
この際,必要に応じて,空気の給排機能をも付加する
ようにしておけば,各室の換気も伴わせ行うことができ
る。
(ヘ)[実施例] 次に,本発明による採光装置の実施例を第1図〜第3
図に基いて説明する。
第1図は,本発明を適用した太陽光線利用システムの
構成を示す住宅の1例であり,建物は南側に面して,1階
の部屋1,2階の部屋2,北側に風呂3と台所4,地階に地下
室5,屋根6には採光装置を有している。
この建物では,地下室5は,当然として,北側にある
風呂3や台所4にも窓が設けてなく,周壁8を充分な厚
みの断熱壁にする一方,これらの部屋の昼間の照明は採
光装置からの光を用い,光拡散装置9,10,11によって
光が各部屋3,4,5に供給されるようになっている。
この場合,採光装置は,図示のように屋根6に嵌め
込まれた光取入体12及び吸気または排気を行わせる換気
用のファン19,これら光取入体12とファン19により導入
される太陽光線と空気の両者を集めるフード17,18,これ
らのフード17,18から光と空気とを室内へと導く導光ダ
クト20より構成される。
なお,導光ダクト20の上端は第1図に示すように光取
入体12を構成する光ダクト16の下端に臨むように両方の
ダクト16及び20が一体もしくは別体に設けられ各室1〜
5に光を導くように配置されている。
ここで,本発明の光取入体12の原理について第2図に
より先ず説明する。
本発明の光取入体の基本構成は,同図に示すように2
枚のフレネルプリズムP1,P2を配置し,左方のプリズムP
1側から右方のプリズムP2へと光を透過させるものであ
る。
この場合,透過光は図示のように中心線Qに対して偏
光して右方のダクト側へ排出される。
したがって,任意の方向から来る平行光線を,常に同
一方向に送り出すためには,2枚のフレネルプリズムP1,P
2を中心軸Qのまわりに相互に回転させる機構が必要と
なる。
このためフレネルプリズム及びこれを収納する光ダク
ト16は第3図,第4図の実施例のように円形とするのが
好ましい。このように,第1のフレネルプリズムの後段
に,その稜線に垂直な方向に光を屈折するのが稜線の方
向を異にする第2のプリズムP2を設け,第1のプリズム
P1を透過した光を,さらに異なった方向に屈折させるこ
とによってダクトに対して平行な光となるようにする。
即ち,2つのフレネルプリズムP1,P2の各稜線(細かく
分かれたプリズム状突起の線)に垂直な線を方位線とし
た場合,2枚のフレネルプリズムP1,P2を重ねたものに垂
直に平行光線を入射させると,次のようになる。
屈折後の光線の方向は両プリズムP1,P2の2つの方位
線の2等分線の方向に向かう。
屈折後の光線の方向が,最初の光線の方向となす角度
は,両プリズムの方位線の方向が一致するときが最大と
なる。
両フレネルプリズムの方位線の向きが正反対のときは
最初の方向に光は進み,その間は,両プリズムの方位線
のなす角に従って変化する。
したがって,2つのフレネルプリズムを重ね,それぞれ
の方位線の方向をプリズム面内で自由に変えられるよう
にしておけば,広い範囲の立体角の中の,任意の方向か
ら来る平行光線を,ある特定の方向(ダクトに対して平
行の方向)に送り出すことができる。
本発明の光取入体12はこのような2つのフレネルプリ
ズムによる光透過の原理を利用しようとするもので,第
1図の光取入体12は具体的には,第3図〜第4図のよう
に構成される。
第3図は要部断面図,第4図中(イ)は斜視図,
(ロ)は平面図,(ハ)は1つのプリズムの表面のみを
取り出して方位線の方向から見た側面図である。
これら各図に示すように,反射材からなる円形の光ダ
クト16の入射口側30に,内接するような2枚の円形のフ
レネルプリズム13a,13bを所定距離隔てて軸受14a,14bを
介して支承され配置される。
この2枚のプリズム13a,13bの方位線は互いに逆方向
に左右対称的に回転軸Fのまわりをパルスモータ15a,15
bで回動させることができるようになっている。
平行光線を得るためには,入射光の入射角の変化に伴
って各プリズム13a,13bのそれぞれの方位線間の角度を
調節すればよい。
この2つのプリズム13a,13bの回動は太陽の方位と角
度をプログラムにおりこんだマイクロコンピュータ29を
使用することにより適正に行うことができる。
なお,フレネルプリズムの材質としては,ポリメチル
メタクリレート(PMMA;屈折率1.49)を使用し,そのプ
リズムの頂角αが30゜のときはこのプリズムの屈折力を
表す偏角は15.6゜であるから,2枚のプリズムを用いれば
回転軸Fに対して±31.2゜の角度の範囲から入射する光
を平行光線としてダクト内に導くことができる。
一方,フレネルプリズムの偏角が大きいプリズムを用
いれば,(この場合は頂角αを大きくする)さらに広い
範囲から来る光を平行光線化してダクトに導くことが可
能である。
なお,光ダクト16としては円形のものを使用し,その
内面に反射効率の高い反射材即ち,Ag,Al等の皮膜を施し
て,鏡面とすることが望ましい。
第3図は光の進行を図示したものであり,同図に示す
通り,頂角30゜のフレネルプリズムを用いると軸Fに対
して±31゜の範囲の光をダクトに対して平行化すること
ができる。
導光ダクト20は,円筒形のダクトの内壁全面を光の反
射面としたものであり,図では,壁8や,天井21を通る
固定ダクトとして建築物に組み込まれる一方,このダク
トを介して光が導かれていく室3,4,5に対しては,ルー
バー22,23,24を介して外気や調温された空気が供給され
る一方,汚れた空気を室外に排出するための換気用のダ
ウトあるいは通気路としても使用できるようにしたもの
である。
なお,25,26は,南側に面した室1,2に外気や調温され
た空気を供給したり,これらの室の換気をするための補
助ダクトであり,ダンパ27,28等を介して導光ダクト20
に連通されている。
以上のような構成において,昼間は,太陽光が採光装
によって集められ,北側の各部屋3,4,5に供給され
るのみならず,同じ装置を使って外気の供給,調温した
空気の供給,或は汚れた空気の換気も行えるため,これ
らの部屋3,4,5は必ずしも窓(採光,換気)は必要でな
くなり,建物における部屋の配置に自由度が増し,か
つ,各部屋の断熱,遮熱,防音なども,比較的に容易に
なり,エネルギー効率の良い建物,建物内外のエネルギ
ーを生かした空調,照明が可能になるものである。
(ト)[発明の効果] 本発明は上記のように構成したものであるから,次の
ような優れた効果を有する。
屋外からの光は複数枚のフレネルプリズムを重ね合わ
せて配置し,さらに太陽の運行に対応して相対的に回動
させるようにしているので,室内に導入される光線を常
に平行光線とすることができる。
このため,室内への太陽光線の搬送効率が安定したも
のとなり,照明効率も向上できる。
しかも,この機能を追尾装置を付加することなく実現
しており,経済的な装置といえる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は本発明の一実施例を示すもので,この
内第1図は本発明採光装置を適用する太陽光線利用シス
テム全体の構成を示す模式的な縦断側面図である。 第2図は本発明の光取入体の原理を示す斜視図である。 第3図〜第4図は本発明の光取入体の具体的構造を示す
もので,第3図は要部縦断正面図,第4図中(イ)は斜
視図,(ロ)は平面図,(ハ)は1つのフレネルプリズ
ムを取り出して方位線方向からみて描いた側面図であ
る。12 :光取入体 13a,13b:フレネルプリズム 14a,14b:軸受 15a,15b:モータ 16:光ダクト 20:導光ダクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−122080(JP,A) 特開 昭49−122118(JP,A) 特開 昭54−146033(JP,A) 特開 平1−167905(JP,A) 実開 昭60−149006(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/00 331 F21S 11/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】太陽光線を光ダクトにより室内に取り入れ
    て照明に使用するようにした太陽光線利用システムにお
    いて,導光ダクト入射口に複数枚のフレネルプリズムを
    支持用の光ダクト内に所定距離隔てて対向設置するよう
    にし,これらのフレネルプリズムを回転可能に設けたこ
    とを特徴とする採光装置。
  2. 【請求項2】複数枚のフレネルプリズムと光ダクトとは
    外形を円形状に形成し,各フレネルプリズムを上記光ダ
    クトに軸受を介して回転可能に支承すると共に,モータ
    により回転するようにし,これらの各フレネルプリズム
    を太陽の運行に対応して導入光を平行光線とするための
    最適の方位線の方向となるように中心軸に対して相互に
    回動制御するようにした請求項1記載の採光装置。
  3. 【請求項3】各フレネルプリズムの回動制御はマイクロ
    コンピュータの指令により行うようにした請求項1又は
    2記載の採光装置。
  4. 【請求項4】光ダクトの内面には反射材を設けるように
    した請求項1〜3のいずれか記載の採光装置。
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