JP4331029B2 - 光ダクト装置 - Google Patents
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Description
この装置は、太陽エネルギーを電気等の他のエネルギーに変換せずにそのまま利用するため、エネルギー利用効率が高く、省エネルギーや二酸化炭素排出削減に貢献できる。
図6(a)において101は自然光(太陽光)、102は採光口、103は反射板、104は光ダクトである。光ダクト104は例えば図6(b)に示すように、内面が反射面で構成され、採光口から取り入れた自然光は、光ダクト104内を反射しながら光ダクト奥に搬送される。また、光ダクト104には、光を取り出すための光取り出し口107が設けられ、光ダクト104内を搬送された光は光取り出し口107から室内に放出される。光取り出し口107は矩形状の開口、あるいは、所定の幅の連続した開口で構成され、必要に応じて、光ダクトの下側、両サイド、四方の面(縦ダクトの場合)に設けることもできる。105は室内、106はガラスなどで形成された保護カバーである。
図6において、太陽光101は、採光口102から直接、あるいは反射板103に反射した後、光ダクト104内部に取り込まれ、内面での反射を繰り返しながら照射位置まで運ばれ、光取り出し口107から放出される。
さらに、建物の天井部分に水平型ダクトを配設する際、梁などで光ダクトの高さが制約される場合もある。
上記光ダクト装置は、前述したように採光口から取り込んだ自然光を光取り出し口まで搬送し室内に放出するものであり、取り込んだ光をできるだけロスさせることなく、室内に放出するのが望ましい。
したがって、上記したような光ダクトの折り曲げ部、分岐部等における光のロスをできるだけ少なくする必要がある。
従来、光ダクトの折り曲げ部は、例えば特許文献2の従来例に示されるように、光の搬送方向に対して、45°に傾けた平板状の板を設けていた。しかし、このような構成の折り曲げ部では、光入射側の光ダクトで搬送されてきた光をロス無く、光出射側のダクトに導くことはできない。すなわち、図7に示すように、光入射側ダクト104−1から入射する同図の光線L1は光出射側ダクト104−2内に入射するが、同図L2の光線は、光入射側ダクト104−1に戻ってしまう。光入射側ダクト104−1に戻った光は、採光口等から外部に放出されてしまい、有効に利用できない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、光ダクトの折り曲げ部、分岐部などにおける光のロスを低減化し、光ダクト装置における光の搬送効率を向上させ、また、光をロスさせることなく、光を所望の分割比で分割することができ、さらに、光ダクトの寸法が建物の構造等により制約された場合であっても、採光した光を効果的に必要箇所に搬送することができる光ダクト装置を提供することである。
内面に反射面が形成された4面のパネルから構成される光ダクトにおいて、折り曲げ部において、光入射側の第1の光ダクトに、2乃至4の第2の光ダクトを、該第2光ダクトの長手方向の軸が、上記第1の光ダクトの長手方向の軸に直交するように接続する。 上記折り曲げ部において、第1の光ダクトを構成する第1乃至4の面A〜Dと、上記複数の第2の光ダクトのそれぞれの第1の面aを、ほぼ直交するように接続し、上記第2の光ダクトの上記第1の面aに対向する第2の面bの端部を、円弧状の曲面に形成する。
また、上記第2の光ダクトの上記第1の面aと第2の面bの距離をdとしたとき、上記円弧形状を、上記第2の光ダクトの第2の面bの円弧形状の開始部分に対向する第1の面a上の点を中心として、上記dを半径とした円弧角が90°の円弧形状とする。
そして、上記第1の光ダクト内を伝播してきた光を、上記1乃至4の第2の光ダクト装置に分割して導く。
(1)上記構成の光ダクトにおいて、上記第1の光ダクトに2本の第2の光ダクトを、ほぼT字状に接続する。また、第1の光ダクトの長手方向から見た、上記折り曲げ部における上記第2の光ダクトの断面積を、第2の光ダクトに配分する光量の割合に応じた大きさに設定する。
(2)上記(1)において、上記折り曲げ部の、第2の光ダクトの間に開口を設け、該開口から光が光ダクト外に放出させる。
(3)上記構成の光ダクトにおいて、上記第1の光ダクトに、十字状に配置された4本の第2の光ダクトを接続し、第1の光ダクトの長手方向から見た、上記折り曲げ部における上記第2の光ダクトの断面積を、4本の第2の光ダクトに配分する光量の割合に応じた大きさに設定する。
(1)光ダクトを構成するパネルの第1の面Aに対向する第2の面Bの端部を円弧状の曲面に形成し、上記第1の面Aと第2の面Bの距離をdとしたとき、上記円弧の形状を、上記円弧状の曲面の開始部分に対向する第1の面A上の点を中心とし、上記dを半径とする円弧角が90°の円弧形状としたので、光ダクト内を搬送されてきた光をロスなく、光ダクトから放出させることができる。
(2)光入射側の第1の光ダクトに、折り曲げ部において、第2の光ダクトを該第2の光ダクトの長手方向の軸が、上記第1の光ダクトの長手方向の軸に直交するように接続した光ダクトにおいて、第2の光ダクトを構成する第1の面aに対向する第2の面bの端部を円弧状の曲面を形成し、上記第2の光ダクトの第1の面aと第2の面bの距離をdとしたとき、上記円弧状の部分を、上記第2の面bの円弧形状の開始部分に対向する第1の面a上の点を中心として、上記dを半径とする円弧角が90°の円弧形状としたので、第1の光ダクト内を搬送されてたき光をロスなく、第2の光ダクトに導くことができる。
(3)光入射側の第1の光ダクトに、2乃至4の第2の光ダクトを、該第2光ダクトの長手方向の軸が、上記第1の光ダクトの長手方向の軸に直交するように接続した折り曲げ部を有する光ダクトにおいて、上記折り曲げ部に円弧状の曲面に形成し、この円弧形状を上記形状とすることで、第1の第1の光ダクト内を搬送されてたき光をロスなく、第2乃至第4の光ダクトに分割して導くことができる。
また、上記折り曲げ部における上記第2の光ダクトの断面積を、第2の光ダクトに配分する光量の割合に応じた大きさに設定することで、第1の光ダクト内を搬送されてきた光を所望の分割比で第2の光ダクトに光に導くことができる。
さらに、上記第1の光ダクトとして縦型ダクトを用い、該ダクトに水平型ダクトを接続すれば、水平型ダクトの高さを上記分割比に応じた高さとすることができ、天井裏などの制約された場所にも容易に設置することが可能となる。
図1(a)は折り曲げ部を有する光ダクトの断面構成の一例を示し、同図は縦型光ダクト11に水平型ダクト12を接続し、水平型ダクト12に設けた光取り出し口31から室内に光を放光する場合の構成例を示している。また、図1(b)は上記光ダクト11を同図のX方向から見た図であり、この例では光ダクトの断面は矩形状である。
光ダクト11,12の内面は反射面で構成され、採光口(図示せず)で取り込まれた光は、同図(a)の点線で示すように縦型の光ダクト11内を反射しながらダクト奥に搬送され、折り曲げ部21で90°方向変換され、水平型光ダクト12内に導かれる。そして、水平型ダクト12内を反射しながらダクト奥に搬送され、水平型光ダクト12の端部に設けられた折り曲げ部22で90°方向変換され、光取り出し口31から室内等に放出される。
なお、本発明では、光の搬送方向を90°方向変換する部分を折り曲げ部と呼び、本発明における折り曲げ部は、上記折り曲げ部21のように折り曲げ部の先に他の光ダクトが接続されている場合、あるいは、上記折り曲げ部22のように折り曲げ部22の先に開口部が形成されている場合の両方を含む。
上記光ダクト11を形成する4面の内、光ダクト11の第1の面11aと、上記光ダクト12の第1の面12aが、ほぼ直交するように接続され、光ダクト12aの上記第1の面12aに対向する第2の面12bの端部は、円弧状であり、円弧状に形成された部分AAに対向する部分には開口部BBが設けられている。
上記光ダクト12の第1の面12aと第2の面12bの距離をd(この例では、第1の光ダクト11の第1の面11aと第2の面11bの距離と等しい)としたとき、上記円弧状の部分AAは、上記第1の面の円弧形状の開始部分に対向する開口部の辺上の点Pを中心として、上記dと等しい半径Rの円弧角が90°の円弧形状であり、上記開口部BBから上記光ダクト内を伝播してきた光が、光出射側の水平型光ダクト12内に導かれる。
折り曲げ部22の形状も同じ形状であり、水平型光ダクト12の第1の面12aの端部は円弧状であり、第2の面12bの、上記円弧状に形成された部分AAに対向する部分には開口部BB(この場合は、光取り出し口31となる)が設けられている。
上記第1の面12aと第2の面12bの距離をdとしたとき、上記円弧状の部分AAは、上記第1の面12aの円弧形状の開始部分に対向する開口部BBの辺上の点Pを中心として、上記dと等しい半径Rの円弧角が90°の円弧形状であり、上記開口部BBから上記光ダクト内を伝播してきた光が、室内等に放出される。
また、上記開口部BBの大きさ(面積)は、上記円弧状に形成された部分AAの大きさ(面積)より大きくてもよく、この場合、上記点Pは第2の面12bを延長した面上の点となる。
さらに、図1では、折り曲げ部21に接続される光ダクト12が一定の断面積を持つ光ダクトの場合について示しているが、光ダクト12がラッパ形状であり、その断面積が、折り曲げ部21から遠ざかるに従い大きくなるような形状であってもよい。この場合、上記第1の面12aと第2の面12bの距離dは、折り曲げ部21に接続される部分における光ダクト12の第1の面12aと第2の面12bの距離である。
上記折り曲げ部の円弧状に形成された部分AAは、同図に示すように上記第1の面12aと第2の面12bの距離dと等しい半径Rの円弧鏡面から構成され、その下方に半径R(距離d)と同じ開口PEをもつ光取り出し口31が設けられている。このため、光入射側の光ダクト12内を伝搬してくる光は全て、光取り出し口31から放出される。
すなわち、光ダクト12内を伝搬してくる光線L1は光線L1と円弧状部分AAの交点Pで接する平面CDで反射するが、この平面CDは点Qを通る半径QPと直交し、光線L1の反射は、入射角=反射角となるので、光線L1はPQを対称軸にα=βとなるように反射する。したがって、光線L1は入射角αにかかわらず、必ず開口PEを通過することとなる。
折り曲げ部21についても、まったく同様であり光ダクト11から折り曲げ部21に入射する光は、全て光ダクト12内に入射する。
折り曲げ部を上記構成とすることで、前記図7に示したような戻り光は生ぜず、従来に比べ、光のロスを低減化することができる。
図3において、採光口(図示せず)で取り込まれた光は、同図(a)の点線で示すように縦型の光ダクト11内を反射しながらダクト奥に搬送され、分岐部13に達する。分岐部13は折り曲げ部21−1、折り曲げ部21−2で構成され、光ダクト11内を伝播してきた光は、折り曲げ部21−1,21−2で90°方向変換され、水平型光ダクト12−1および水平型光ダクト12−2内に導かれる。そして、水平型ダクト12−1,12−2内を反射しながらダクト奥に搬送され、水平型光ダクト12−1,12−2の端部に設けられた折り曲げ部22−1,22−2で90°方向変換され、光取り出し口31からそれぞれ室内等に放出される。
上記縦型光ダクト11を形成する4面の内、上記折り曲げ部21−1,21−2において、縦型光ダクト11の第1面11aと、水平型ダクト12−1の第1面12aが、ほぼ直交するように接続され、縦型光ダクト11の上記第1面11aに対向する第2面11bと、水平型ダクト12−2の第1面12aが、ほぼ直交するように接続されている。
また、上記水平型光ダクト12−1,12−2の上記第1の面12aに対向する第2の面12bの端部は、それぞれ円弧状の曲面AA−1,AA−2に形成されている。
上記縦型光ダクト11の第1面12aと第2面12bの距離をdとすると、水平型光ダクト12−1,12−2の上記第1の面12aと第2の面12bの距離はd/2であり、上記円弧形状は、水平型光ダクトの12−1,12−2の円弧形状の開始部分に対向する第1の面12a上の点を中心として、上記d/2を半径とした円弧角が90°の円弧形状である。
また、本実施例では、上記円弧状の曲面AA−1,AA−2の先端部分は接しており、縦型光ダクト11の長手方向(X方向)から上記折り曲げ部21−1,21−2を見たとき、図3(b)に示すように、曲面AA−1,AA−2の接続部分Tにより、縦型光ダクト11は2分割されている。
すなわち、上記折り曲げ部における上記水平型光ダクト12−1,12−2の開口断面積は等しく、縦型光ダクト11から上記水平型ダクト12−1,12−2に入射する光は等分割される。このため、光をロスさせることなく、縦型光ダクト11内を伝播されてきた光を2本の水平型光ダクト12−1,12−2に等分割して分配することができる。
さらに、上記水平型光ダクト12−1,12−2の高さは、縦型光ダクト11の第1面11aと第2面11bの距離dの半分のd/2となる。このため、天井裏のダクト高さを確保しにくい部分にも設置することが可能となる。
なお、上記実施例では、折り曲げ部における上記水平型光ダクト12−1,12−2の開口断面積を等しくしているが、水平型光ダクト12−1,12−2に分配する光の量に応じて、上記開口断面積を設定すれば、所望の分配比で、水平型光ダクト12−1,12−2に光を配分することができる。なお、この場合、水平型光ダクト12−1,12−2の高さは、上記分配比に応じた高さにできる。
図4において、採光口(図示せず)で取り込まれた光は、同図(a)の点線で示すように縦型の光ダクト11内を反射しながらダクト奥に搬送され、分岐部13に達する。分岐部13は折り曲げ部21−1、折り曲げ部21−2で構成され、光ダクト11内を伝播してきた光は、折り曲げ部21−1,21−2で90°方向変換され、水平型光ダクト12−1内及び水平型光ダクト12−2内に導かれる。また、開口部14から室内等に放出される。なお、開口部14から放光される光をさらに他の光ダクトを介して導くようにすることもできる。
水平型光ダクト12−1,12−2内に導かれた光は、水平型光ダクト12−1,12−2内を反射しながらダクト奥に搬送され、水平型光ダクト12−1,12−2の端部に設けられた折り曲げ部22−1,22−2で90°方向変換され、光取り出し口31からそれぞれ室内等に放出される。
また、上記水平型光ダクト12−1,12−2の上記第1の面12aに対向する第2の面12bの端部は、それぞれ円弧状の曲面AA−1,AA−2に形成されている。
上記縦型光ダクト11の第1面12aと第2面12bの距離をdとすると、水平型光ダクト12−1,12−2の上記第1の面12aと第2の面12bの距離は、この例では、d/3であり、上記円弧形状は、水平型光ダクト12−1,12−2の円弧形状の開始部分に対向する第1の面12a上の点を中心として、上記d/3を半径とした円弧角が90°の円弧形状である。また、開口部14における曲面AA−1,AA−2の間の距離はd/3である。
すなわち、上記折り曲げ部における上記水平型光ダクト12−1,12−2、開口部14の開口断面積は等しく、縦型光ダクト11から上記水平型ダクト12−1,12−2に入射する光、開口部14から室内等に放出される光は、それぞれ1/3になる。このため、光をロスさせることなく、縦型光ダクト11内を伝播されてきた光を2本の水平型光ダクト12−1,12−2、開口部14に1/3ずつ分配することができる。
さらに、上記水平型光ダクト12−1,12−2の高さは、縦型光ダクト11の第1面11aと第2面11bの距離dの三分の一のd/3となる。このため、天井裏のダクト高さを確保しにくい部分にも設置することが可能となる。
なお、上記実施例では、折り曲げ部における上記水平型光ダクト12−1,12−2、開口部14の開口断面積を等しくしているが、水平型光ダクト12−1,12−2に分配する光の量に応じて、上記開口断面積を設定すれば、所望の分配比で、水平型光ダクト12−1,12−2、開口部14に光を配分することができる。なお、この場合、水平型光ダクト12−1,12−2の高さは、前記したように上記分配比に応じた高さになる。
また、上記第2、第3の実施例では、折り曲げ部21−1,21−2に接続される光ダクト12−1,12−2が一定の断面積を持つ光ダクトの場合について示しているが、前記第1の実施例と同様、光ダクト12−1,12−2がラッパ形状であり、その断面積が、折り曲げ部21から遠ざかるに従い大きくなるような形状であってもよい。この場合、上記第1の面12aと第2の面12bの距離d/2あるいはd/3は、折り曲げ部21−1,21−2に接続される部分における光ダクト12−1,12−2の第1の面12aと第2の面12bの距離である。
図5において、縦型の光ダクト11内を反射しながら伝播されてきた光は、分岐部14に達する。分岐部14は折り曲げ部21−1,21−2,21−3,21−4で構成され、光ダクト11内を伝播してきた光は、折り曲げ部21−1,21−2,21−3,21−4でそれぞれ90°方向変換され、水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4内に導かれる。
また、上記水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4の上記第1の面12aに対向する第2の面12bの端部は、それぞれ円弧状の曲面AA−1,AA−2,AAA−3,AA−4に形成されている。
上記縦型光ダクト11の断面は各辺の長さが等しい矩形状であり、光ダクト11を構成する各面11a,11b,11c,11d間の距離をdとすると、水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4の各面12a,12b,12c,12d間の距離は、この例では、d/2であり、上記円弧形状は、水平型光ダクト12−1,12−2の円弧形状の開始部分に対向する第1の面12a上の点を中心として、上記d/2を半径とした円弧角が90°の円弧形状である。
また、本実施例では、縦型光ダクト11の長手方向(X方向)から上記折り曲げ部21−1,21−2を見たとき、図5(b)に示すように、曲面AA−1,AA−2,AA−3,AA−4の端部T1,T2,T3,T4により、縦型光ダクト11は4分割されている。
すなわち、上記折り曲げ部14における上記水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4の開口断面積は等しく、縦型光ダクト11から上記水平型ダクト12−1,12−2,12−3,12−4に入射する光は、それぞれ1/4になる。このため、光をロスさせることなく、縦型光ダクト11内を伝播されてきた光を4本の水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4に1/4ずつ分配することができる。
さらに、上記水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4の高さは、縦型光ダクト11の各面間の距離dの半分のd/2となる。このため、天井裏のダクト高さを確保しにくい部分にも設置することが可能となる。
なお、上記実施例では、折り曲げ部における上記水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4の開口断面積を等しくしているが、水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4に分配する光の量に応じて、上記開口断面積を設定すれば、所望の分配比で、水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4に光を配分することができる。なお、この場合、水平型光ダクト12−1,12−2,12−3,12−4の高さは、前記したように上記分配比に応じた高さになる。
また、上記第4の実施例においても、前記第1〜第3の実施例で説明したように、折り曲げ部21−1〜21−4に接続される光ダクト12−1〜12−4がラッパ形状であってもよい。
なお、上記第1〜第4の実施例では、縦型ダクトに水平型ダクトを接続する場合について説明したが、水平型ダクトに垂直型ダクトを接続する場合、あるいは、水平型ダクト同士、あるいは垂直型ダクト同士を接続する場合にも適用することもできる。
12 光ダクト(水平型ダクト)
12−1〜12−4 光ダクト(水平型ダクト)
13 分岐部
14 開口部
21−1〜21−4 折り曲げ部
31 光取り出し口
Claims (3)
- 建築物内に設置され、採光した自然光を室内に導光して室内の照明に利用する光ダクト装置であって、
上記自然光を導光する光ダクトは、内面に反射面が形成された、断面が矩形状の4面のパネルから構成され、折り曲げ部において、光入射側の第1の光ダクトに、2本の第2の光ダクトが、ほぼT字状に接続され、
上記折り曲げ部において、第1の光ダクトを構成する、上記断面が矩形状の4面のパネルの第1乃至4の面A〜Dと、上記第2の光ダクトのそれぞれの第1の面aが、ほぼ直交するように接続され、
上記第2の光ダクトの上記第1の面aに対向する第2の面bの端部は、円弧状の曲面に形成され、
上記第2の光ダクトの上記第1の面aと第2の面bの距離をdとしたとき、上記円弧形状は、上記第2の光ダクトの第2の面bの円弧形状の開始部分に対向する第1の面a上の点を中心として、上記dを半径とした円弧角が90°の円弧形状であり、
第1の光ダクトの長手方向から見た、上記折り曲げ部における上記第2の光ダクトの断面積は、第2の光ダクトに配分する光量の割合に応じた大きさに設定され
上記第1の光ダクト内を伝播してきた光を、上記第2の光ダクト装置に分割して導く
ことを特徴とする光ダクト装置。 - 上記折り曲げ部において、第2の光ダクトの間に開口が設けられ、該開口から光が光ダクト外に放射されるように構成した
ことを特徴とする請求項1記載の光ダクト装置。 - 建築物内に設置され、採光した自然光を室内に導光して室内の照明に利用する光ダクト装置であって、
上記自然光を導光する光ダクトは、内面に反射面が形成された断面が矩形状の4面のパネルから構成され、折り曲げ部において、光入射側の第1の光ダクトに、十字状に配置された4本の第2の光ダクトが接続され、
上記折り曲げ部において、第1の光ダクトを構成する上記断面が矩形状の4面のパネルの第1乃至4の面A〜Dと、上記4本の第2の光ダクトのそれぞれの第1の面aが、ほぼ直交するように接続され、
上記第2の光ダクトの上記第1の面aに対向する第2の面bの端部は、円弧状の曲面に形成され、
上記第2の光ダクトの上記第1の面aと第2の面bの距離をdとしたとき、上記円弧形状は、上記第2の光ダクトの第2の面bの円弧形状の開始部分に対向する第1の面a上の点を中心として、上記dを半径とした円弧角が90°の円弧形状であり、
第1の光ダクトの長手方向から見た、上記折り曲げ部における上記第2の光ダクトの断面積は、4本の第2の光ダクトに配分する光量の割合に応じた大きさに設定され、
上記第1の光ダクト内を伝播してきた光を、上記4本の第2の光ダクト装置に分割して導く
ことを特徴とする光ダクト装置。
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