JPS58136002A - 太陽光利用照明装置 - 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】 本発明は太陽光を建物内まで導いて照明に用いる太陽光
利用照明装置に係り、特に太陽光と共に人工光をも併用
できる太陽光利用照明装置に関する。

省エネルギ化の観点から太陽光を建物内へ導くために天
窓等が採用されているが、建物の最上階以外の階層へは
適用不可能である。

また太陽光を単に建物内へ導くことが可能であっても、
太陽光は光量が不安定であり補助照明装置が必要となる
。この補助照明として従来通り天井へ電灯配線を施し照
明器具を収り付ける構造では太陽光導入装置との併用構
造が複雑であり、太（２） 陽光利用の本来の目的の一つである省エネルギ効果が半
減する。

本発明はこのような状況を考慮し、太陽光を自由に建物
内部へ導入し、補助光源として人工光を用いるとともに
補助照明として天井の電灯配線を必要とせず、しかも人
工光から発生する熱を回収することができる太陽光利用
照明装置を得ることが目的である。

本発明に係る太陽光利用照明装置は集光装置で集光した
太陽光をバンドル化された光ファイバで建物内へ導いて
拡散器で室内へ拡散させ、補助人工光は供給装置から光
ファイバを介して拡散器へ送ることにより太陽光と人工
光を併せ用いるようになっており、人工光の供給装置は
他端が排熱回収水熱交換部へ接続される排熱回収装置に
より熱回収するようになっている。

以下本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図において建築物１０の屋上には集光装置１２が設
置されている。この集光装置１２では建築物１０へ固定
される固定台１４に対して移動フレーム１６が垂直軸回
り（太陽方位角方向）に、またこの移動フレーム１６へ
移動フレーム１７が支持されて水平軸回り（太陽高度方
向）にそれぞれ旋回可能となっている。

この移動フレーム１７の先端部には第２図に詳細に示さ
れる集光ユニット１８が複数個取りつけられでいる。こ
の集光ユニットは軽量−金属又はプラスチックからなる
箱体の一面に多数の集光レンズ２０（凸レンズ、フレネ
ルレンズ等を用いる）が互に光軸を平行に固着されてい
る。

集光レンズの集光頂部には集光用バンドル光ファイバ２
４の分岐端末がそれぞれ取りつけられて入光端面が集光
レンズ２０の光軸と一致している。

この集光用バンドル光ファイバ２４の他方の端末は必要
に応じて光フアイバコネクタ２６を介して集光搬送路と
してのバンドル光フアイバケーブル２８へ接続されでい
る。

従ってこの集光装置１２は太陽光を集光してバンドル光
フアイバケーブル２８へ送るようになっている。

なお、固定台１４及び移動フレーム１６にはステップモ
ータ等の移動フレーム駆動装置３０，３１がそれぞれ設
けられでおり、太陽位置センサー３２の検出信号により
、又はあらかじめ太陽の移動軌跡を記憶した記憶装置３
４がらの指令で集光レンズを常に太陽の動ぎに追従させ
るようになっている。

前記バンドル光フアイバケーブル２８は建築物室内の照
度確保の点を考慮して光パワー伝送に適したもの、すな
わち波長３８０〜７６０μｍの光を通すのに適したもの
を主体に、保健上観点から紫外線の透過性の良好なもの
を補助としで束ねたバンドル光ファイバを用いることが
好ましい。

このバンドル光フアイバケーブル２８は必要に応じて中
間部に光コネクタ２６が介在されるとともに、先端は建
築物１０内の各階層で分岐して、各階層へそれぞれ設け
られた供給装置３６内へ導かれている。この供給装置３
６には鉄製箱体３７（第３区１）が設けられており、こ
の箱体３７内の第１人光部３８へは分岐したバンドル光
ファイバ（５）　　　　　　　　　　　　　、−ケーブ
ル２８が４ｙ続されている。この第１人光部３８では円
錐状反射パネル４０の頂点へ光ファイバの端部か、円錐
状底部へレンズ４２がそれぞれ同一光軸上に配置されて
光ファイバからの光をレンズ４２を通して平行光として
光路４４の一端へ送るようになっている。

光路４４の他端は箱体３７内の出光部４６へ接続されで
おり、これによって出光部４６が第１人光部３８と対向
しでいる。この出光部４６にはレンズ４２と同一光軸上
に集光レンズ４８及びこの集光レンズ４８の焦点にバン
ドル光フアイバケーブル５０の各光ファイバの一端が対
応している。

従って出光部４６では第１人光部３８からの自然光ヲバ
ンドル光ファイバケーブル５０へ移送スるようにｒ（つ
ている。このバンドル光フアイバケーブル５０はバンド
ル光フアイバケーブル２８と同材質であることが好まし
い。

この供給装置３６では第１人光部３８に加えて第２人光
部５２が設けられており、第１人光部３８と共に出光部
４６に対応している。この第２−（６） 入光部５２は第１人光部３８と同様に円錐状反射パネル
４０及びレンズ４２を有しているが、レンズ４２の焦点
、すなわち反射パネル４０の円錐頂部にはノ〜ロゲンラ
ンブ等の高輝度ランプ５４が設けられている。このラン
プ５４はスイッチ回路５６内のスイッチ５８を介して分
電盤６０へ接続されており、分電盤６０は図示しない電
気室から給電されるようになっている。

第２人光部５２のレンズ４２は光路４４に対して傾斜し
た光路６２を介して出光部４６の集光レンズ６４と対向
しでおり、この集光レンズ６４は集光レンズ４８と同様
にバンドル光フアイバケーブル５０の各光ファイバの端
末と対応している。

これによって出光部４６へは両人先部３Ｂ、５２からの
光が異る入射角で入光されるので、第１人光部３８から
の太陽光に加えてスイッチ５８の閉Ｋ　時にランプ５４
の人工光をバンドル光ファイ／２ケーブル５０へ送り込
むことができるようになっている。

なおスイッチ回路５６は操作盤６６を建築物１０の室内
へ面した側壁６８へ設けることにより手動でランプ５４
の光度を調整可能とすることができる。また出光部４６
等に光量センサーを設け、第１人光部３８からの太陽光
と第２人光部５２からの人工光との合計光ｉ−を常に一
定に、又は所望の光量にするようにランプ５４の光１゛
を自動的に調節する制御装置を設けることもできる。

供給装置３６内の第１、第２人光部３８．５２及び光路
４４，６２は真空状態として光損失を少なくすることが
好ましい。また出光部４６では入光部と同様に円錐形又
はこれに類似の反射パネル７０を設けて光損失を少くし
ている。ざらに光路４４には、必要時に出光部４６への
光移送を遮断する遮へい板を設けることができる。

第３図に示される如く箱体３７の内側には断熱材１３６
及びアルミ箔１３７が取りつけられて箱体内外を断熱構
造としている。この箱体３７の下部には給気口１３８が
設けられて箱体３７内へ冷気を送り込むことができるよ
うになっている。この給気口１３８は建物内空調設備の
換気ダクトへ連通ずることもできる。

一方箱体３７の上部には箱体内の人工光源であるランプ
５４等で発生した熱を排出するための排気通路１４０が
設けられている。この排気通路１４０には排熱回収装置
１４２のフィンコイル１４４（中間部が断熱材で囲まれ
ているうが対応している。すなわちフィンコイル１４４
はこの排気通路１４０から水熱交換部１４６まで連通し
て循環して両端に熱交換部を有しており、中間部には渇
水循環ポンプ１４８が設けられている。したがってフィ
ンコイル１４４内の温水は循環ポンプ１４８の駆動力を
得て、箱体３７の排気通路１４０を通って箱体から排出
される暖気と熱交換して高温となり、水熱交換部１４６
へ送られて給湯用温水１５０と熱交換しこの給湯用温水
１５０ｆｅ温度上昇させるようになっている。給湯用温
水１５０は図示しない給水源から配管１５２内を送られ
て水熱交換部１４６へ至り、フィンコイル１４４と接触
して熱交換した後に配管１５４で図示しない給湯部へと
至るようになっている。この給湯用温水１５０を給湯以
外の暖房等に用いることができることは言うまでもない
。

また配管１５２，１５４の中間部にはそれぞれ配管１５
６．１５８が図示しないバルブを介して接続されている
。これらの配管１５６．１５８は吸収式冷凍機１６０の
発生器１６２へ接続されている。この吸収式冷凍機１６
０は発生器の他に凝縮器、蒸発器、吸収器をそれぞれ有
する一般的な吸収冷凍機であり、蒸発器で蒸発した冷媒
ガスが　。

吸収器に導かれ、吸収器中の希薄溶液に吸収溶解され、
濃厚溶液となる。この濃厚溶液がポンプで発生器に送ら
れ配管１５８からの温水でガスが温度上昇して分離し、
高温＾圧の冷（１■ガ人となり凝縮器で冷却し膨張弁を
経て蒸発し熱ｉ１：を外部から吸収するようになってい
る。

配管１５８からの温水は吸収式冷凍機１６０の発生器１
６２へ熱を与えた後に配管１５６．１５２を介して水熱
交換器１４６へ戻るようになっている。

なお配管１５８からの温水温度が低い場合には吸収式冷
凍機１６０を作動させることなくファン１６４で熱を外
部へ排出するようになっている。

第４図にも示される如くバンドル光フアイバケーブル５
０の他の端部は建築物の天井部で分岐し、それぞれ必要
に応じて設けられる光コネクタ７２を介して光拡散器７
４へ接続されている。この光拡散器７４は下端が開口し
たケース７６へ光透過率の良好な光拡散板７８が固着さ
れて下端開口部を塞いでおり、この光拡散板７８が天井
壁８０へ固着されている。

ケース７６の上端へ必要に応じて取りつけられる光コネ
クタ７２に（Ｊバンドル光ファイバ８２が接続されてバ
ンドル光フアイバケーブル５０からの光を受は取るよう
になっており、この光フアイバケーブル８２の先端部は
光ファイバ８２Ａに分岐して光拡散板７８のほぼ全域に
分散し、光拡散板７８へ取りつけられている。従って光
拡散板７８は光フアイバケーブル８２からの光を室内へ
広く分散することができろ。

このような光拡散器７４は光コネクタ７２をバ（１１） ンドル光ファイバケーブル５０へ結合すると共に天井８
０へ取りつけるのみで施行が完了するので、従来の天井
板を天井へ取りつける作業と同様作業で取りつけ可能で
工期が短縮され、天井部への電灯配線が不要で保全性、
防爆性か向上している、また従来構造の照明器具が不要
となり、天井部分の軽量化が可能である。

以上の構成より成る本実施例では、日中の晴天時には集
光装置１２で得られる太陽自然光の光量が充分であり、
供給装置３６のランプ５４による補助光は不要である。

太陽光は駆動装置３０．３１によって移動フレーム１６
．１７が太陽の移動に追従するため適切に集光され、バ
ンドル光フアイバケーブル２８、供給装置３６、バンド
ル光フアイバケーブル５０を介して光拡散器７４へ送ら
れ充分に室内照度を得ることができるので人工光を要せ
ず省エネルギ化が達成できる。昼間時に室内を暗くする
必要が生じた場合には、供給装置３６内の光路４４へ遮
へい板を介在させればよい。また第１人光部３８と出光
部４６との光軸を互にず（１２） らすことによっても太陽光の遮断が可能である。

曇天時、雨天時、夜間時等にも室内に充分な明るさを得
たい場合には操作盤６６の手動操作により、又は図示し
７ない制御装置の作動で自動的にランプ５４が点灯し、
第２人光部５２からの人工光が単独で、又は第１人光部
３８からの自然光と合成されで出光部４６へ送られ、バ
ンドルファイバケーブル５０を介して光拡散器７４へ至
り室内の照明を行う。

供給装置３６内でランプ５４等によって発生した熱は排
気通路１４０’）通って排出されるが、この排気通路１
４０に設けられたフィンコイル１４４は供給装置３６の
排熱を水熱交換部１４６へ有効に伝達するので、排熱力
胃晶水１５０へ回収されて給湯用、暖房用または冷房用
に用いることができる。

次に第５図には本発明の第２実施例に係る供給装置１３
６が示されている。この実施例では第２人光部５２の光
軸が第１人光部３８の光軸と直角とされており、この第
２人光部５２からの光路１６２は第１人光部３８からの
光路と直交している。この直交部には光路４４の光軸に
対して４５度傾斜しで配置された／・−フミラー８４が
配置されており、第１人光部３８からの自然光を出光部
４６へ透過し、第２人光部５２からの人工光を出光部４
６へ反射できるようになっている。

従って第２人光部からの光路１６２は出光部４６側が光
路４４と同一光路となっており、太陽光と人工光はバン
ドル光フアイバケーブル５０への入射角が等しくなって
いる。

この実施例では箱体３７と水熱交換部１４６とが複数の
ヒートバイブ１６６で連絡されて排熱回収装置を構成し
でいる。これらのヒートバイブ１６６は内部にウィック
及び熱媒体が封入されており、排気通路１４０で吸熱し
た熱媒体が蒸発してパイプ内を水熱交換部１４６へ至り
、温水１５０と熱交換し７て凝縮し液体となってウィッ
ク内を流れ、再び排気通路１４０まで至るようにｆ：ｒ
つでいる。ｔ「お水熱交換部１４６内のヒートバイブ１
６６には熱効率を向−ヒするために複数個のフィン１６
８が設（ハ）られでいる。

従ってこの第２実施例においても供給装置３６は集光し
た自然光を拡散器７４へ送ることができるとともに必要
に応じてランプ５４からの人工光を拡散器７４へ送るこ
とができる。また前記実施例と同様に供給装置３６で発
生した熱をヒートバイブ１６６で回収して温水１．５０
　’ｌ？温度上昇させることができ、給湯、暖房、冷房
用等に用いることができる。

この第２実施例に用いた供給装置１３６ケ第１実施例の
フィンコイルを用いた排熱回収装置と組み合わせること
も、またこの第２実施例のヒートバイブを用いた排熱回
収装置を第１実施例の供給装置３６と絹み合わせること
も可能である。

また、この第２実施例の構成とは逆に、第２人光部５２
からの光路を直線状に配し、この光路内へハーフミラ−
を設けて第１人光部３８からの太陽光をハーフミラ−で
反射させて出光部へ送る構造にすることも可能である。

次に第６図には本発明の第３実施例が示されており、集
光装置１１２から供給装置３６へ光ダクト８６が用いら
れて集光搬送路を形成しでいる。

光ダクト８６は中空ダクト本体８８の屈曲部にそれぞれ
ミラー９０が配置されて内部を集光が搬送されるように
なっている。

このダクト本体８８の一端８８Ａは建築物１０の屋上へ
向けて下向に配置されており、他端は建築物１０内へ導
かれており、建築物の各階に対応して中間部に設けられ
た複数個の分光ミラー９２は集光の一部を分岐してそれ
ぞれ各階層の供給装置３６へ送るようになっている１、
この分光ミラー９２による分光は直接に、又はバンドル
光ファイバー９４を介して第１人光部３８へ送られる構
成となっている。

またこの実施例の集光装置１１２は太陽光が集光レンズ
９６．９８ｅ介してミラー１００へ送うれ、このミラー
１００は太陽光を反射してダクト本体８８の一端８８Ａ
へ送るようになっている。

この集光レンズ９６．９８は前記第１実施例と同様に常
に太陽の移動に追従して垂直軸及び水平軸回りに駆動制
御され、ミラー１００もこの移動に応じで移動し集光レ
ンズ９６．９８からの集光を常にダクト本体８８の一端
８８Ａへ送るようになっている。

従ってこの実施例でも太陽光は効率良く供給袋＃３６へ
送られ、必要に応じて補助照明と共に室内照明を行うこ
とができる。

このように本発明は集光装置から室内の光拡散器の間の
光ファイバの任意の一部を光ダクトと置き換え可能であ
る。

次に第７図には本発明の第４実施例が示されており、前
記第３実施例の集光装置１１２を用い、ミラー１００か
らの反射光を第１実施例と同様の集光ユニット１８で集
光し、バンドル光フアイバケーブル２８で供給装置へ送
るようになっている。

但しこの実施例では集光ユニット１８が建築物１０の屋
上から所定高さに固定されて、集光レンズ２０が下向き
に配置されミラー１００へ向いている。

従ってこの実施例でも集光袋＃１１２のミラー１００が
移動する太陽光に追従して傾動し、常に反射光を集光ユ
ニット１８へと送るので、光フアイバケーブル２８は効
率良く自然光を供給装置へ送ることができる。特にこの
実施例では集光ユニット１８が建築物へ固定されるので
光フアイバケーブル２８が移動することがなく、耐久性
に優れ、集光レンズ２０へのダスト付着が少い。

次に第８．９図は本発明の第５実施例であり、集光装置
の他の実施例である。この実施例における集光ユニット
１１８は集合住宅のバルコニーの柵として多数積み上げ
て形成されている。このほか住宅外壁、屋上等に多数設
けることも可能である。

第９図の如く集光ユニット１１８はガラス又は軽量コン
クリートｇのブロック１２０の外表面に多数の集光レン
ズ２０（凸レンズ１．フレネルレンズ等を用いる）が互
に光軸を平行として固着されている。各集光レンズ２０
の裏面は円錐状の真空透過室１２２であり、円錐頂部に
は集光用バンドル光ファイバ２４の分岐端末がそれぞれ
取りつけられて入光端面が集光レンズ２０の光軸と一致
している。この集光用バンドル光ファイバ２４の他方は
前記第１実施例と同様にバンドル光ファイバケーブル２
８を介して供給装置へ接続されでいる。

従ってこの実施例の集光ユニットは建築物の一部として
用いることができ、しかも固定式であるため保守管理が
容易である。

なお上記各実施例では太陽光集光装置が移動太陽に追従
する構造及び建物へ固定する構造を示したが必要に応じ
て移動でさる半固定式の集光装置も適用可能であり、ま
たこれらの集光装置は建築物の外部へ設置するものに限
らず、太陽光を集光可能な建築物内部へ設けることもで
きる。

上記実施例の人工光は高輝度ランプを用いているが、他
の人工光源も使用可能であり、太陽光を先具外のエネル
ギに蓄積した後に再び光エネルギに変換した人工光源も
使用可能である１、ざらに上記実施例の光拡散器は室内
天井壁へ取り付ける構造であるが、側壁等の他の壁面へ
も取り付けることができ、場合によっては室内へ立設さ
れるスタンド形としても適用可能である。

加えて上記第１、第２実施例の水熱交換器及びフィンコ
イル及びヒートパイプを複数段に配置しで高温水を得る
ことができることはどうまでもない。

以−ヒ説明した如く本発明に係る太陽光利用照明装置は
集光装置からの自然光と人工光源からの人工光とを供給
装置で建物内の拡散器へ送るので太陽光を有効に利用し
て省エネルギ効果を得ることができ、補助照明として人
工光を用いるにも拘わらず天井の電灯配線を不用とし、
排熱回収装置により供給装置の発生熱を回収するので熱
効率を向上して更に省エネルギ効果を高めることができ
る優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る太陽光利用照明装置の第１実施例
を示す断面図、第２図は集光ユニットを示す断面図、第
３図は供給装置、排熱回収装置及びその関連部品を示す
概略図、第４図は天井壁への拡散器取りつけ状態を示す
断面図、第５図は本発明の第２実施例に係る供給装置を
示す概略図、第６図は本発明の第３実施例に係る集光装
置及び光ダクトを示す断面図、第７図は本発明の第４実
施例に係る集光装置を示す側面図、第８図は本発明の第
５実施例に係る集光装置を示す斜視図、第９図は第８図
に用いる集光ユニットヲ示す断面図である。 １０・・・建築物、１２，１１２・・・集光装置、２８
・・・バンドル光フアイバケーブル、３６．１３６・・
・供給装置、３８・・・第１人光部、４６・・・出光部
、５０・・・バンドル光フアイバケーブル、５２・・・
第２人光部、５４・・・ランプ、５８・・・スイッチ、
７４・・・光拡散器、８０・・・天井壁、８６・・・光
ダク）、１４０・・・排気通路、１４２・・・排熱回収
％ｆｔ、ｌ　４４−°・フィンコイル、１４６・・・水
熱交換部、１６６・・・ヒートバイブ。 代理人　弁理士　中　島　　　淳 第２図 ノ１８ 第６図 ｑ○ ［−、、−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）建築物へ取りつけられて太陽光を集める集光装置
   と、この集光装置からの集光を移送するノくンドル化さ
   れた光ファイバと、建築物内へ設けられ前記光ファイバ
   の端部が接続されて移送された光を拡散する拡散器と、
   前記光ファイバを用いて人工光を前記拡散器へ送る供給
   装置と、一端がこの供給装置へ他端が排熱回収水熱交換
   部へそれぞれ接続されて供給装置の排熱を回収する排熱
   回収装置と、含有する太陽光利用照明装置。
2. （２）前記供給装置は人工光源及びこの人工光源に対応
   する光フアイバ中間部を収容する箱体が設けられること
   を特徴とした前記特許請求の範囲第１項に記載の太陽光
   利用照明装置。
3. （３）前記箱体の排気通路へ熱交換部が設けられで回収
   した排熱を前言己水熱交換部へ送ることを特徴とした前
   記特許請求の範囲第１項又は第２項に記（１） 載の太陽光利用照明装置。
4. （４）前記排熱回収装置はフィンコイル形熱交換器であ
   ることを特徴とした前記特許請求の範囲第３項に記載の
   太陽光利用照明装置。
5. （５）前記排熱回収装置はヒートパイプ形熱交換器であ
   ることを特徴とした１ｉｉｒ記特許請求の範囲第３項に
   記載の太陽光利用照明装置。