JP2943311B2 - 太陽光採光装置 - Google Patents
太陽光採光装置Info
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- JP2943311B2 JP2943311B2 JP29066390A JP29066390A JP2943311B2 JP 2943311 B2 JP2943311 B2 JP 2943311B2 JP 29066390 A JP29066390 A JP 29066390A JP 29066390 A JP29066390 A JP 29066390A JP 2943311 B2 JP2943311 B2 JP 2943311B2
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- Japan
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- light
- sunlight
- light collecting
- lighting
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は太陽光採光装置に関する。
太陽光をレンズやミラーにより集光して光学ファイバ
や透明ロッドに入射させ、これらの伝送部材により屋内
や建物の蔭等、所望の場所まで導光、照射する太陽光採
光装置は、伝送部材の装置に要するスペースが小さく、
任意の場所に導くことが容易なため、近年次第に用いら
れるようになってきた。
や透明ロッドに入射させ、これらの伝送部材により屋内
や建物の蔭等、所望の場所まで導光、照射する太陽光採
光装置は、伝送部材の装置に要するスペースが小さく、
任意の場所に導くことが容易なため、近年次第に用いら
れるようになってきた。
これら採光装置は、集光部材の大きさにより異なる
が、全体で数十Ｗ程度以上の光エネルギーを採光するた
め、伝送部材では高密度の光エネルギーが伝送されるこ
とになる。伝送部材は10〜100m程度、通常数十ｍ長で設
置されることが多く、伝送損失を低減するため、石英系
の材料が用いられることが多い。
が、全体で数十Ｗ程度以上の光エネルギーを採光するた
め、伝送部材では高密度の光エネルギーが伝送されるこ
とになる。伝送部材は10〜100m程度、通常数十ｍ長で設
置されることが多く、伝送損失を低減するため、石英系
の材料が用いられることが多い。
例えば、石英ロッドを外表面が汚染されないよう注意
深く筐体中に保持して使用したり、外表面に反射膜や低
屈折率樹脂を密着させて使用する。又はPCS（ポリマー
クラッドシリカ）ファイバ等を使用する。
深く筐体中に保持して使用したり、外表面に反射膜や低
屈折率樹脂を密着させて使用する。又はPCS（ポリマー
クラッドシリカ）ファイバ等を使用する。
前述のようにこれらの伝送部材中に高密度の光エネル
ギーが伝送されているため、断線又は破断の異状が生じ
た場合、周辺に漏れた光は局部的な温度上昇を引き起こ
し、伝送部材自身を劣化させるのみでなく、設置されて
いる屋内等の環境によっては火災等につながる可能性も
ある。実験によると数W/mm2の高エネルギーで数秒で可
燃物（木材等）は発煙、燃焼を始めることがある。
ギーが伝送されているため、断線又は破断の異状が生じ
た場合、周辺に漏れた光は局部的な温度上昇を引き起こ
し、伝送部材自身を劣化させるのみでなく、設置されて
いる屋内等の環境によっては火災等につながる可能性も
ある。実験によると数W/mm2の高エネルギーで数秒で可
燃物（木材等）は発煙、燃焼を始めることがある。
したがってこれら伝送部材はできるだけ不燃物、難燃
物で保持し、かつ局部的な温度上昇を避けるために熱の
良導体を内部に配し、外部には熱絶縁物を配したうえ
で、できるだけ負担が加わらないよう設置するといった
種々の安全対策が施される。
物で保持し、かつ局部的な温度上昇を避けるために熱の
良導体を内部に配し、外部には熱絶縁物を配したうえ
で、できるだけ負担が加わらないよう設置するといった
種々の安全対策が施される。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、これらの安全対策により伝送部材の断面積が
増加して設置に支障をきたす場合もあり、必ずしもこれ
らの対策の全てを施すことができなかったり、またこれ
らの対策を施しても強風や地震、不測の事態による建物
の振動や、布設時に局部的に過大な応力や歪みが加えら
れたまま設置されることもあって、伝送部材の経年劣化
や断線又は破断の異状を完全に防ぐことは困難であっ
た。
増加して設置に支障をきたす場合もあり、必ずしもこれ
らの対策の全てを施すことができなかったり、またこれ
らの対策を施しても強風や地震、不測の事態による建物
の振動や、布設時に局部的に過大な応力や歪みが加えら
れたまま設置されることもあって、伝送部材の経年劣化
や断線又は破断の異状を完全に防ぐことは困難であっ
た。
［課題を解決するための手段］ 本発明は前述のような課題を解決して、より安全な太
陽光採光装置を提供するためになされたものであり、太
陽光をレンズ及び／又はミラーからなる集光部材で集光
し、光学ファイバ及び／又は透明ロッドからなる伝送部
材で伝送する太陽光採光装置において、伝送部材の断線
又は破断の異状を検知する異状検知手段と、異状検知手
段で異状を検知した際に採光を停止する採光停止手段と
を備えることを特徴とする太陽光採光装置を提供する。
陽光採光装置を提供するためになされたものであり、太
陽光をレンズ及び／又はミラーからなる集光部材で集光
し、光学ファイバ及び／又は透明ロッドからなる伝送部
材で伝送する太陽光採光装置において、伝送部材の断線
又は破断の異状を検知する異状検知手段と、異状検知手
段で異状を検知した際に採光を停止する採光停止手段と
を備えることを特徴とする太陽光採光装置を提供する。
以下本発明を図面にしたがって説明する。
第１図は本発明の一実施例の太陽光採光装置の概略構
成図である。集光部材は４枚のレンズ１よりなり、各レ
ンズ１により集光した光を各々PCSファイバ２を４本束
ねて形成した入射端に入光させ、これを計16本束ねてこ
の採光装置の伝送部材とする。
成図である。集光部材は４枚のレンズ１よりなり、各レ
ンズ１により集光した光を各々PCSファイバ２を４本束
ねて形成した入射端に入光させ、これを計16本束ねてこ
の採光装置の伝送部材とする。
コア、クラッドともにプラスチック製のプラスチック
ファイバ３を２本伝送部材のPCSファイバケーブル内に
配して伝送部材の断面形状を第２図のように構成した。
光センサ４の信号を受けて駆動部５、６を駆動させるこ
とにより集光面が常に太陽の方向を向くよう集光部材を
追尾させる。
ファイバ３を２本伝送部材のPCSファイバケーブル内に
配して伝送部材の断面形状を第２図のように構成した。
光センサ４の信号を受けて駆動部５、６を駆動させるこ
とにより集光面が常に太陽の方向を向くよう集光部材を
追尾させる。
プラスチックファイバ３は、集光部材を支える基台上
でLED7及びPD（フォトダイオード）８に各々接続されて
おり、さらに他端では第３図のような構成としたため、
ケーブル内で伝送されてきたLED光は反射面９で反射さ
れて再びケーブル内を戻り、PD8で検出される。伝送部
材に異状が生じた場合、プラスチックファイバ３の劣化
によるLED光の光量低下をPD8により検知し、異状信号を
集光部材の駆動部へ伝え、駆動部５及び／又は駆動部６
を駆動させることによって集光面を太陽と異なる方向へ
向け、採光を停止させる。通常は光センサで検出してい
る太陽の方向から５゜程度以上回動させれば充分であ
る。
でLED7及びPD（フォトダイオード）８に各々接続されて
おり、さらに他端では第３図のような構成としたため、
ケーブル内で伝送されてきたLED光は反射面９で反射さ
れて再びケーブル内を戻り、PD8で検出される。伝送部
材に異状が生じた場合、プラスチックファイバ３の劣化
によるLED光の光量低下をPD8により検知し、異状信号を
集光部材の駆動部へ伝え、駆動部５及び／又は駆動部６
を駆動させることによって集光面を太陽と異なる方向へ
向け、採光を停止させる。通常は光センサで検出してい
る太陽の方向から５゜程度以上回動させれば充分であ
る。
さて、第１図では４枚のレンズにより集光部材を構成
したが、第４図のように１枚の凹面ミラー10によるか又
は第５図のように凹面ミラー10、凸面ミラー11、レンズ
12と複合させて構成してもよい。すなわち、集光部材は
単数又は複数のレンズ、単数又は複数ミラー、及びこれ
らの組合せのいずれかで構成されればよい。
したが、第４図のように１枚の凹面ミラー10によるか又
は第５図のように凹面ミラー10、凸面ミラー11、レンズ
12と複合させて構成してもよい。すなわち、集光部材は
単数又は複数のレンズ、単数又は複数ミラー、及びこれ
らの組合せのいずれかで構成されればよい。
また伝送部材の他の実施例として、第４図に透明ロッ
ド（約5mm2の石英ロッド）13に適宜曲げ、研磨を施して
使用した場合を示した。この透明ロッド13の外表面のう
ち、直角に光路を曲げる箇所には金属膜で反射膜を、そ
の他の部分には低屈折率樹脂（フッ素樹脂）を配した。
すなわち、伝送部材は単数又は複数の光学ファイバ、単
数又は複数の透明ロッド、及びこれらの組合せのいずれ
かで構成されればよい。
ド（約5mm2の石英ロッド）13に適宜曲げ、研磨を施して
使用した場合を示した。この透明ロッド13の外表面のう
ち、直角に光路を曲げる箇所には金属膜で反射膜を、そ
の他の部分には低屈折率樹脂（フッ素樹脂）を配した。
すなわち、伝送部材は単数又は複数の光学ファイバ、単
数又は複数の透明ロッド、及びこれらの組合せのいずれ
かで構成されればよい。
また、異状検知手段としては、第１図に示した手段も
含めて、次のようないくつかの手段が挙げられる。
含めて、次のようないくつかの手段が挙げられる。
まず、ａ）異状部の漏光を検知する例として、以下の
（１）、（２）が挙げられる。
（１）、（２）が挙げられる。
（１）太陽光により蛍光を発する物質を含有させてファ
イバ形状にした、いわゆる蛍光ファイバをケーブル内に
配し、異状時の漏光により生じた蛍光を蛍光ファイバの
一端又は両端に配したPDで検知する。
イバ形状にした、いわゆる蛍光ファイバをケーブル内に
配し、異状時の漏光により生じた蛍光を蛍光ファイバの
一端又は両端に配したPDで検知する。
（２）太陽光にて発色する感光材をコア又はクラッドに
含有させたファイバをケーブ内に配し、常時感光材が反
応しない波長の光を投・受光させ、異状時の漏光により
生じた発色による光量低下を検出する。例えば、ハロゲ
ン化銀（AgCl、AgBr、AgI及びこれらの複合）を含有さ
せた多成分ガラスをコア又はクラッドに用いたファイバ
を使用して、常時LEDにより700nm以上の赤外光を導光
し、他端に配したPDで受光させておく。
含有させたファイバをケーブ内に配し、常時感光材が反
応しない波長の光を投・受光させ、異状時の漏光により
生じた発色による光量低下を検出する。例えば、ハロゲ
ン化銀（AgCl、AgBr、AgI及びこれらの複合）を含有さ
せた多成分ガラスをコア又はクラッドに用いたファイバ
を使用して、常時LEDにより700nm以上の赤外光を導光
し、他端に配したPDで受光させておく。
次に、ｂ）異状部又は異状部近傍の局部的な温度上昇
を検知する例として、以下の（３）、（４）が挙げられ
る。
を検知する例として、以下の（３）、（４）が挙げられ
る。
（３）前述したように第１図及び第２図に示したプラス
チックファイバの劣化、溶断によるLED光の伝送光量の
低下を判別して異状を検知する。この場合、保護被覆を
施した多成分ガラスファイバ、PCSファイバでも細径（1
00μｍ前後程度）であれば使用できる。
チックファイバの劣化、溶断によるLED光の伝送光量の
低下を判別して異状を検知する。この場合、保護被覆を
施した多成分ガラスファイバ、PCSファイバでも細径（1
00μｍ前後程度）であれば使用できる。
（４）塩ビ等の絶縁体で被覆した低融点導電性金属（15
0〜250℃程度の融点、例えばIn、Sn、Pb−Sn合金等のい
わゆる低融点はんだ等）の細線をケーブル内に配し、常
時弱い電流を流しておき、異状時の局部的な昇温による
溶断等による電流値の低下を検出する。
0〜250℃程度の融点、例えばIn、Sn、Pb−Sn合金等のい
わゆる低融点はんだ等）の細線をケーブル内に配し、常
時弱い電流を流しておき、異状時の局部的な昇温による
溶断等による電流値の低下を検出する。
このような異状検知を受けて採光を停止する採光停止
手段には、第１図に示した例の他に以下の（５）、
（６）、（７）の手段も挙げられる。
手段には、第１図に示した例の他に以下の（５）、
（６）、（７）の手段も挙げられる。
（５）集光部材の位置関係を変える。例えば第５図に示
した集光部材において凹面ミラー10又は凸面ミラー11の
向きを変えることによって採光を停止する。
した集光部材において凹面ミラー10又は凸面ミラー11の
向きを変えることによって採光を停止する。
（６）集光部材と伝送部材の入射端の位置関係を変え
る。例えば第４図に示した集光部材において凹面ミラー
10又は透明ロッド13の位置を変えて、相互に離間又は近
接又は回動（５゜程度以上）させて、集光点を伝送部材
の入射端から外して採光を停止する。
る。例えば第４図に示した集光部材において凹面ミラー
10又は透明ロッド13の位置を変えて、相互に離間又は近
接又は回動（５゜程度以上）させて、集光点を伝送部材
の入射端から外して採光を停止する。
（７）採光及び集光の光路を遮る。例えば第５図におけ
るシャッタ14を閉じて太陽光を反射又は散乱させること
により採光を停止する。
るシャッタ14を閉じて太陽光を反射又は散乱させること
により採光を停止する。
さらに、これら例示した手段の２つの以上を複合して
採光を停止することもできる。
採光を停止することもできる。
［実施例］ 第１図において、集光部材を直径20cmのフレネルレン
ズ４枚で構成し、各々集光点にETFEの保護被覆を施した
コア径1.0mmのPCSファイバ２の端面を４本密接配置し
た。集光径は約2mm、PCSファイバの入射端部はエアクラ
ッドとしてある。
ズ４枚で構成し、各々集光点にETFEの保護被覆を施した
コア径1.0mmのPCSファイバ２の端面を４本密接配置し
た。集光径は約2mm、PCSファイバの入射端部はエアクラ
ッドとしてある。
これらのレンズと集光点に配されたファイバをFRP製
の筐体で一体に保持し、筐体の中心部には太陽を追尾す
るための光センサ４を設置した。この筐体の支持軸の基
台上にはLEDとPDを各々プラスチックファイバ（径0.2m
m）に対向させて配し、この２本のプラスチックファイ
バと太陽光伝送用のPCSファイバ（計16本）を第２図に
示した断面形状をもつケーブルとして基台の中心部を穴
を通して、下部側面から引出して所望の場所（屋内）へ
約20m長配線した。
の筐体で一体に保持し、筐体の中心部には太陽を追尾す
るための光センサ４を設置した。この筐体の支持軸の基
台上にはLEDとPDを各々プラスチックファイバ（径0.2m
m）に対向させて配し、この２本のプラスチックファイ
バと太陽光伝送用のPCSファイバ（計16本）を第２図に
示した断面形状をもつケーブルとして基台の中心部を穴
を通して、下部側面から引出して所望の場所（屋内）へ
約20m長配線した。
採光装置本体は屋上に据え付け、集光部材は光センサ
４の信号を受けた駆動部５、６により太陽を追尾して太
陽光を採光、屋内へ伝送された光は出射端より照射され
る。
４の信号を受けた駆動部５、６により太陽を追尾して太
陽光を採光、屋内へ伝送された光は出射端より照射され
る。
出射端の断面を第３図に示す。第３図において、プラ
スチックファイバ３は出射端近傍で一体化され、反射面
９によりLED光を常にPDへと伝送している。異状時（LED
光の光量低下）はPDからの信号を受け、駆動部５の回動
により集光面が水平線より10゜下まで向くことによって
採光が停止するよう、あらかじめプログラムしてある。
スチックファイバ３は出射端近傍で一体化され、反射面
９によりLED光を常にPDへと伝送している。異状時（LED
光の光量低下）はPDからの信号を受け、駆動部５の回動
により集光面が水平線より10゜下まで向くことによって
採光が停止するよう、あらかじめプログラムしてある。
このような採光装置で晴天出射光量は約30W、すなわ
ちPCSファイバ１本当り約2Wの光量であった。次に出射
端より約3mの位置でケーブルをペンチではさみ、断面積
が約1/3程度になるまで変形させたところ、約12秒で採
光が停止し、出射端からほとんど光がこなくなった。屋
上にて集光部材が異状対応の状態になっていることを確
認後、ケーブルの変形部近傍を分解したところ、PCSフ
ァイバが１本完全に折れており、折れたファイバとその
近傍の４本のファイバが破断部近傍で茶褐色に変色し、
ETFEの保護被覆及びクラッドが劣化、焼損していた。ま
た、プラスチックファイバが１本ほぼ溶断、変形してい
た。
ちPCSファイバ１本当り約2Wの光量であった。次に出射
端より約3mの位置でケーブルをペンチではさみ、断面積
が約1/3程度になるまで変形させたところ、約12秒で採
光が停止し、出射端からほとんど光がこなくなった。屋
上にて集光部材が異状対応の状態になっていることを確
認後、ケーブルの変形部近傍を分解したところ、PCSフ
ァイバが１本完全に折れており、折れたファイバとその
近傍の４本のファイバが破断部近傍で茶褐色に変色し、
ETFEの保護被覆及びクラッドが劣化、焼損していた。ま
た、プラスチックファイバが１本ほぼ溶断、変形してい
た。
次に手動にて集光部材をほぼ太陽に向けて採光し、破
断部の温度上昇を調べたところ、約８秒で180℃に上
昇、さらに数秒後近傍のファイバから発煙し、ETFE被覆
が変色し始めた。
断部の温度上昇を調べたところ、約８秒で180℃に上
昇、さらに数秒後近傍のファイバから発煙し、ETFE被覆
が変色し始めた。
したがって、ケーブル内のファイバの断線を検知し、
採光を停止させることによって被害の拡大が抑えられて
いることが確認された。
採光を停止させることによって被害の拡大が抑えられて
いることが確認された。
［発明の効果］ 本発明によれば、伝送部材の保護、断熱等の対策と併
用することによって、より安全な太陽光採光装置を提供
しうる。さらに手段を伝送部材の各構成要素単位に配し
（巻付け、埋設等）、異状を各構成要素単位ごとに表示
することとすれば、一層速やかな検知と対応（応急措
置）が可能となり、被害を最小限にとどめ、採光停止中
の時間を短縮できる。
用することによって、より安全な太陽光採光装置を提供
しうる。さらに手段を伝送部材の各構成要素単位に配し
（巻付け、埋設等）、異状を各構成要素単位ごとに表示
することとすれば、一層速やかな検知と対応（応急措
置）が可能となり、被害を最小限にとどめ、採光停止中
の時間を短縮できる。
第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図である。第
２図は伝送部材の横断面図である。第３図は出射端の一
部縦断面図である。第４図、第５図は集光部材の他の実
施例を示す概略断面図である、 1:レンズ、 2:PCSファイバ、 3:プラスチックファイバ、 4:光センサ、 ５、6:駆動部、 7:LED、 8:PD、 9:反射面、 10:凹面ミラー、 11:凸面ミラー、 12:レンズ、 13:透明ロッド、 14:シャッタ。
２図は伝送部材の横断面図である。第３図は出射端の一
部縦断面図である。第４図、第５図は集光部材の他の実
施例を示す概略断面図である、 1:レンズ、 2:PCSファイバ、 3:プラスチックファイバ、 4:光センサ、 ５、6:駆動部、 7:LED、 8:PD、 9:反射面、 10:凹面ミラー、 11:凸面ミラー、 12:レンズ、 13:透明ロッド、 14:シャッタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 純一 千葉県浦安市日の出町６ (56)参考文献 特開 昭61−137103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−55802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−81104（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F21S 11/00
Claims (3)
- 【請求項１】太陽光をレンズ及び／又はミラーからなる
集光部材で集光し、光学ファイバ及び／又は透明ロッド
からなる伝送部材で伝送する太陽光採光装置において、
伝送部材の断線又は破断の異状を検知する異状検知手段
と、異状検知手段で異状を検知した際に採光を停止する
採光停止手段とを備えることを特徴とする太陽光採光装
置。 - 【請求項２】異状検知手段が、ａ）異状部からの漏光を
検知する手段、又は、ｂ）異状部又はその近傍における
局部的な温度上昇を検知する手段、である請求項１記載
の太陽光採光装置。 - 【請求項３】採光停止手段が、ｃ）集光部材による太陽
の追尾を中止し太陽と異なる方向に集光部材を回動させ
る手段、ｄ）伝送部材に太陽光が入射しないように集光
部材の向きを変える手段、ｅ）伝送部材の太陽光の入射
端の位置を集光部材による集光点の位置から外す手段、
又は、ｆ）集光部材による集光の光路を遮断する遮閉部
材を配置する手段、である請求項１又は２記載の太陽光
採光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29066390A JP2943311B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 太陽光採光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29066390A JP2943311B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 太陽光採光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04167302A JPH04167302A (ja) | 1992-06-15 |
| JP2943311B2 true JP2943311B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=17758886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29066390A Expired - Lifetime JP2943311B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 太陽光採光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2943311B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0621012U (ja) * | 1992-08-21 | 1994-03-18 | 株式会社間組 | 太陽光集光装置 |
-
1990
- 1990-10-30 JP JP29066390A patent/JP2943311B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04167302A (ja) | 1992-06-15 |
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