JPH04167302A - 太陽光採光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ものである。

［従来の技術及び課題］ 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、伝送部材の設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、集光部の大き
さにより異なるが、全体で少なくとも数＋Ｗ程度の光エ
ネルギーを採光するため、伝送部では高密度の光エネル
ギーが伝送されることになる。伝送部はｌＯ〜ｌｏｏｍ
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。或いは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は高密度の光エネル
ギーが伝送されているため、破断、断線等の異状が生じ
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の重大率につながる
可能性もある。実験によると数Ｗ／ｍｍ”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。従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上で
、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。

［発明の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、伝送部材の経年での劣
化や破断、断線等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
光をレンズ或いはミラー等で集光し、光学ファイバ或い
は透明ロッド等で伝送する太陽光採光装置において、該
伝送部材の断線、破断等の異状を検知する手段と、前記
異状に際し採光を停止する手段とを備えたことを特徴と
する太陽光採光装置を提供するものである。

以下本発明の構成を図面に従って説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す太陽光採光装置の概略
構成図である。

集光部は４枚のレンズｌよりなり、各レンズにより集光
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。３はコア、クラッド共プラスチックの
ファイバであり、これを２本伝送部材のＰＣＳファイバ
ケーブル内に配して伝送部の断面形状を第２図のように
構成した。４は光センサで、この信号を受けて駆動手段
５及び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を追尾させる。プラスチックファイ
バは、集光部を支える基台上でＬＥＤ７及びＰＤ（フォ
トダイオード）８に各々接続されており、更に他端では
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９で反射されて再びケーブル内を戻り
、ＰＤで検出される。伝送部に異状が生じた場合、プラ
スチックファイバの劣化によるＬＥＤ光の光量低下をＰ
Ｄにより検知し、異状信号を集光部の駆動部へ伝え、５
及び６のいずれか或いは双方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によるか或い
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良い。また伝送部の他
の実施例として、第４図に透明ロッド（約５１１１ｍ”
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。

このロッドの外表面には、直角に光路な曲げる箇所には
金属膜で反射膜を、その他の部分では低屈折率樹脂（フ
ッ素樹脂）を配した。

また、異状検知の手段の例には第１図に示した方式も含
めて、次のような幾つかの方法が挙げられる。まず異状
部からの漏光を検知する例として、 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
端或いは両端に配したＰＤで検知する。

２、太陽光にて発する感光材をコア或いはクラッドに含
有させたファイバをケーブル内に配し、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（ＡｇＣ１，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或いはクラッドに用
いたファイバを使用して、常時ＬＤ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
（。

次に、異状部近傍の局部的な温度上昇を検知する例とし
て、 １、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
（１００μｍ前後程度）であれば使用可能である。

２、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
。

このような異状検知を受けて採光を停止する手段には、
第１図に示した例の他に以下の幾つかの方法も可能であ
る。

１、集光部材の位置関係を変える０例えば第５図に示し
た集光部において凹面ミラーｌＯ或いは凸面ミラー１１
の向きを変えることによって採光を停止する。

２、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図に示した集光部において凹面ミラーｌＯ或
いは透明ロッド１３の位置を変えて、相互に離間或いは
近接、或いはまた回動（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。

３、採光及び集光の光路を遮る０例えば第５図における
シャッター１４を閉じて太陽光を反射或いは散乱させる
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つ以上を複合して採光
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１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
を施したコア系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トとしである。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０．２ｍｍ　）
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、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。出射端の断面を第３図に示す。同図
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１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ｌ
Ｏ°下まで向（ことによって採光が停止するよう予めプ
ログラムしである。

このような採光装置で晴天出射光量は約３０Ｗ、即ちＰ
ＣＳ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１
２秒で採光が停止し、出射端からほとんど光がこな（な
った。屋上にて集光部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本はぼ溶断
、変形していた。

次に手動にて集光部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、更
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。

従って、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。

［発明の効果］ 本発明は、伝送部の保護、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つるもので
ある。更に異状検知を伝送部の各構成要素単位に配しく
巻付け、埋設等）、異状を各要素単位に表示することに
より、−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の時間を短縮するこ
とができる。また、本発明の中の異状検知の各手段は、
レーザ光等の高エネルギー光との伝送系にも適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
伝送部の横断面図、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 ｌＯ・・・・凹面ミラー １１・・・・凸面ミラー Ｉ２・・・・レンズ １３・・・・透明ロッド １４・・・・シャッター 扇ｌ　図 県藁茅５Ｍ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）太陽光をレンズ或いはミラー等で集光し、光学フ
   ァイバ或いは透明ロッド等で伝送する太陽光採光装置に
   おいて、該伝送部材の断 線、破断等の異状を検知する手段と、前記異状に際し採
   光を停止する手段とを備えたことを特徴とする太陽光採
   光装置。
2. （２）前記集光部材が単数或いは複数のレンズ、単数或
   いは複数のミラー、及びこれらの組合わせのいずれかに
   より構成されていることを特徴とする請求項１記載の太
   陽光採光装置。
3. （３）前記伝送部材が単数或いは複数の光学ファイバ、
   単数或いは複数の透明ロッド、及びこれらの複合部材の
   いずれかにより構成されていることを特徴とする請求項
   １記載の太陽光採光装置。
4. （４）前記異状の検知を、前記異状部からの漏光を検知
   することによって行うことを特徴とする請求項１記載の
   太陽光採光装置。
5. （５）前記異状の検知を、前記異状部及びその近傍にお
   ける局部的な温度上昇を検知することによって行うこと
   を特徴とする請求項１記載の太陽光採光装置。
6. （６）前記異状が検知された場合、前記集光部材による
   太陽の追尾を中止し、太陽と異なる方向に前記集光部材
   を回動させることによって採光を停止する手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の太陽光採光装置。
7. （７）前記異状が検知された場合、前記伝送部材に太陽
   光が入射しないように前記集光部材の向きを変えること
   によって採光を停止する手段を備えたことを特徴とする
   請求項１記載の太陽光採光装置。
8. （８）前記異状が検知された場合、前記伝送部材の太陽
   光の入射端の位置を前記集光部材による集光点の位置か
   ら外すことによって採光を停止する手段を備えたことを
   特徴とする請求項１記載の太陽光採光装置。
9. （９）前記異状が検知された場合、前記集光部材による
   集光の光路を遮断する遮閉部材を配置することにより採
   光を停止する手段を備えたことを特徴とする請求項１記
   載の太陽光採光装置。