NL9000564A

NL9000564A - Lichtstraler.

Info

Publication number: NL9000564A
Application number: NL9000564A
Authority: NL
Original assignee: Kei Mori
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1990-10-01
Also published as: US5005931A; FI900610A0; JPH02239206A; GB2229291A; SE9000676D0; GB9003707D0; KR940007280B1; DK58090D0; SE9000676L; DK58090A; KR900014835A; IT9019646A1; JPH0675123B2; FR2644225A1; IT9019646A0; AU5128090A; CN1045867A; CA2009482A1; IT1239379B

Description

Lichtstraler

Achtergrond van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een lichtstraler die geschikt is om door lenzen of dergelijke gebundelde zonnestralen in een lichtgeleidende kabel binnen te leiden, deze hierdoorheen over te brengen naar een op afstand gelegen plaats en uit te stralen naar objecten zoals planten.

De afgelopen jaren is de interesse in zonne-energie en het effectieve gebruik daarvan toegenomen.

Het gebruik van zonne-energie is op verschillende gebieden actief bestudeerd en ontwikkeld. Het is bekend dat het meest effectieve gebruik van zonne-energie wordt gerealiseerd wanneer het wordt gebruikt als lichtenergie, zonder omzetting in thermische of elektrische energie, d.w.z. zonder energieverlies door omzetting. Er is voorgesteld om buiten zonnestralen te verzamelen en deze via een lichtgeleidende kabel over te brengen naar elke plaats waar het licht nodig is. Bijvoorbeeld voor verlichting of voor het kweken van planten in een kamer, voor het kweken van vis en planten in de zee of als lichtbron voor het kweken van chlorella of voor het bevorderen van de gezondheid van mensen. In elk geval is het gewenst, wanneer de lichtstralen die worden uitgestraald vanuit het uiteinde van een lichtgeleidende kabel worden gebruikt voor verlichting of dergelijke doeleinden, om deze lichtstralen uit te spreiden over een ruime hoek ten opzichte van de as van de lichtgeleidende kabel. Het is echter moeilijk om wijd verstrooide lichtstraling te verkrijgen, met een gelijkmatige of gewenste verdeling.

Samenvatting van de uitvinding

Het is een oogmerk van de onderhavige uitvinding om een lichtstraler te verschaffen die op effectieve en gelijkmatige wijze zonnestralen, die zijn verzameld door een lenzensysteem, kan uitstralen en om deze via een lichtgeleidende kabel over te brengen.

Om het bovengenoemde doel te bereiken, stelt de huidige aanvrager een lichtstraler voor, omvattende een semi-transparant buisvormige omhulsel, een groot aantal transparante platen die in een rij binnen het buisvormige omhulsel zijn aangebracht op zodanige wijze dat zij in dezelfde richting hellen ten opzichte van de as van het omhulsel, een aan één uiteinde van het omhulsel verschaft aansluitgedeelte voor het hiermee verbinden van het lichtuitstralende uiteinde van een lichtgeleidende kabel, een tussen het aansluitgedeelte en een transparante plaat aangebrachte lens, en een motor voor het doen draaien van het buisvormige omhulsel, met het kenmerk, dat de transparante platen ten minste gedeeltelijk weerkaatsende oppervlakken hebben en dat hun weerkaatsende oppervlakken groter zijn naarmate zij verder van de lens verwijderd zijn teneinde een zoveel mogelijk gelijkmatige hoeveelheid lichtstralen te reflecteren, en waarbij het aansluitgedeelte voor de lichtgeleidende kabel voor het draaibaar vasthouden van de lichtgeleidende kabel en het draaibaar ondersteunen van het buisvormige omhulsel kan zijn ingericht, en waarbij een bij benadering halfcirkelvormig eindgedeelte van het buisvormige omhulsel, van waaruit geen licht kwn worden uitgezonden, als een weerkaatsend oppervlak kan zijn uitgevoerd, en verder een lichtstraler omvattende een semi-transparant buisvormig omhulsel, een groot aantal transparante platen die in dezelfde richting hellen ten opzichte van de as van het buisvormige omhulsel en concentrisch in een rij aan een transparante middenas van het buisvormige omhulsel zijn vastgemaakt, een aansluitgedeelte voor een lichtgeleidende kabel dat aan één uiteinde van het omhulsel is verschaft, voor het hiermee verbinden van het lichtuitstralende uiteinde van een lichtgeleidende kabel, een tussen het aansluitgedeelte en een transparante plaat aangebrachte lens, en een motor voor het doen draaien van de middenas van het buisvormige omhulsel, met het kenmerk, dat de transparante platen ten minste een gedeeltelijk weerkaatsend oppervlak hebben en dat hun weerkaatsende oppervlakken groter zijn naarmate zij verder van de lens verwijderd zijn teneinde een zoveel mogelijk gelijkmatige hoeveelheid lichtstralen te weerkaatsen. Een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is in het navolgende beschreven onder verwijzing naar de tekeningen.

Korte beschrijving van de tekeningen

Fig. 1 is een vooraanzicht dat een lichtstraler weergeeft volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 2 is een zijaanzicht van de lichtstraler;

Fig. 3 is een aanzicht in doorsnede dat een lichtgeleidend gedeelte van de lichtstraler toont;

Fig. 4 is een aanzicht ten behoeve van de uitleg van een uitvoeringsvorm van een inrichting voor het verzamelen van zonnestralen zoals eerder voorgesteld door de onderhavige aanvrager;

Fig. 5 is een aanzicht ten behoeve van de uitleg van het principe van het binnenleiden van zonlicht in een kabel van optische vezels. Beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen

Fig. 1 is een vooraanzicht ten behoeve van de uitleg van een lichtstraler zoals beschreven in de conclusies 1 tot 3. Fig. 2 is een zijaanzicht van de lichtstraler, en fig. 3 is een aanzicht in doorsnede van het lichtontvangende gedeelte van de lichtstraler. De lichtstraler, volgens de onderhavige uitvinding, bestaat uit een lichtgeleidende kabel 1, een lichtontvangend gedeelte 2, een transparant buisvormig omhulsel 3, een convexe lens 4, een transparante plaat 5 met een transparant gedeelte 5a en een weerkaatsend gedeelte 5b, een ondersteunende basis 6, een motor 7, een omwentelingsas 8, een transparante middenas 9. een transparante steunplaat 10, een houder 11 van de lichtgeleidende kabel, een houder 12 van het buisvormig omhulsel en een lager 13· De door een lenzensysteem gebundelde zonnestralen, niet getoond, worden via de lichtgeleidende kabel 1 overgebracht en gaan door een convexe lens 4 met een brandpunt in het lichtuitstralende uiteinde van de lichtgeleidende kabel 1 en worden daarbij in voornamelijk evenwijdige lichtstralen omgezet die dan het buisvormige omhulsel 3 worden binnengeleid. In het buisvormige omhulsel 3 is een groot aantal transparante platen 5 hellend, op een bepaalde afstand van elkaar aangebracht zoals getoond in fig. 2. In deze uitvoeringsvorm is het buisvormige omhulsel cilindrisch uitgevoerd en bevat ovale transparante platen 5 en ronde steunplaten 10. In dit geval zijn alle transparante platen 5 en steunplaten 10 vooraf vastgemaakt aan de transparante middenas 9. met behulp van lijm of dergelijke, teneinde een geïntegreerd element te vormen dat in het buisvormige omhulsel 3 wordt ingébracht. De steunplaten 10 dienen als verstevigingen voor het genoemde element. Elke transparante plaat 5 heeft een transparant gedeelte 5a en een weerkaatsend gedeelte 5b dat kan worden gevormd door het opdampen van een metaallaag of door verlijming van een metalen plaat op een bepaald gedeelte van de transparante plaat 10. Het is ook mogelijk om een afzonderlijke weerkaatsende plaat en een afzonderlijke transparante plaat te combineren, om één plaat 10 te vormen. Zoals getoond in fig. 1 hebben de platen 10, die verder van het licht-binnenleidende gedeelte 2 zijn aangebracht, stapsgewijs grotere weerkaatsende oppervlakken. De platen zijn getoond met een gedeeltelijk weerkaatsend oppervlak in de vorm van een koorde, maar hun weerkaatende delen kunnen desgewenst concentrisch cirkelvormig, segmentvormig of van een andere geschikte vorm zijn. Het buisvormige omhulsel heeft niet altijd een ronde vorm maar kan een doorsnede hebben met een andere vorm zoals bijvoorbeeld een vierkant. De transparante platen moeten qua vorm overeenkomen met het buisvormige omhulsel. De lichtstralen die worden uitgezonden vanuit het lichtuitstralende uiteinde van de lichtgeleidende kabel 1 en worden omgezet in voornamelijk evenwijdige lichtstralen, worden voor een deel door de weerkaatsende oppervlakken $b van de platen 5 weerkaatst en worden uiteindelijk alle door de zijwand van het buisvormige omhulsel 3 naar buiten uitgezonden.

Aangezien de weerkaatsende oppervlakken 5b van de transparante platen 5 op gelijke afstanden van elkaar staan en elkaar overlappen in de richting van de lichtstralen, worden de lichtstralen die niet worden weerkaatst door het voorgaande weerkaatsende oppervlak, door het volgende weerkaatsende oppervlak weerkaatst, waardoor alle lichtstralen door de zijwand van het buisvormige omhulsel naar buiten kunnen worden uitgezonden. Dientengevolge is het dus mogelijk om een gelijkmatig verdeelde lichtstraling door de zijwand van het buisvormige omhulsel te verkrijgen, door de afmeting van de weerkaatsende oppervlakken van de transparante platen geschikt te ontwerpen.

Planten gebruiken zonne-energie om hun eigen voedingsstoffen samen te stellen uit kooldioxide en water en om deze te verdelen onder hun stam, fruit, enzovoorts. Het transport van voedingsstoffen in planten kan op effectieve wijze worden uitgevoerd onder de condities waarbij geen licht wordt toegevoerd en/of geen zuurstof aanwezig is en/of de temperatuur lager is. Met andere woorden, om op effectieve wijze planten te kweken, worden zowel de fotosynthese als het transport van voedingsstoffen in planten bevorderd. Voor dit doel is het effectief om periodiek lichtstralen toe te voeren in een bepaald tijdinterval, d.w.z. om een periode van lichtstraling (voor fotosynthese) en een periode van duisternis zonder lichtstraling (voor het transporteren van voedingsstoffen) af te wisselen. Verder is bij het kweken van planten periodieke lichtstraling (met een interval van verschillende microseconden tot verschillende milliseconden) te verkiezen boven continue lichtstraling. Fotosynthese wordt namelijk bevorderd door een lichtreactie gekoppeld met een duisternisreactie, en de groei van een plant kan worden bevorderd door het toevoeren van intensieve lichtstraling in de periode van lichtreactie en het ontbreken van lichtstraling of zwakke lichtstraling in de periode van de duisternisreactie. Het bewegen van de lichtstraler is ook effectief voor het met toegenomen efficiëntie ruim over de planten verdelen van de lichtstralen en voor het volledig gebruiken van de lichtenergie vergeleken met het bestralen van de planten vanuit een vaste lichtstraler. Met andere woorden, wanneer lichtstralers met dezelfde capaciteit worden gebruikt, kan de bewegende lichtstraler planten kweken in een groter kweekgebied en bovendien kan deze op effectieve wijze de groei van de plant bevorderen dankzij de afwisseling van lichte en donkere perioden, waarbij de planten periodiek worden bestraald terwijl de lichtstraler zich hierboven beweegt.

Fig. 3 is een aanzicht dat bij wijze van voorbeeld een licht-binnenleidend gedeelte van de lichtstraler toont. In fig. 3 houdt een bevestigingsgedeelte 11 voor een lichtgeleidende kabel het uitvoeruiteinde van de lichtgeleidende kabel vast en is aan een geschikt element bevestigd. Dat gedeelte is ook aanwezig aan diens buitenkant met een lager 13, om zo het bovenste gedeelte van het buisvormige omhulsel 12 draaibaar te ondersteunen. Het onderste gedeelte van het buisvormige omhulsel 3 wordt ondersteund door een omwentelingsas 8 die wordt aangedreven door een motor 7 met een omwentelingsmechanisme. Wanneer de lichtstraler in het midden van een groententuin wordt geplaatst, kan deze dus geheel worden rondgedraaid (360°) via de motor 7 teneinde aan alle planten lichtstralen toe te voeren. Wanneer de lichtstraler wordt aangebracht in een hoek van een groententuin, kan deze door de motor 7 binnen een bepaald worden rondgedraaid gebied om zo alleen aan het gebied waar planten worden gekweekt lichtstralen toe te voeren. In het getoonde geval is elk buisvormig omhulsel (lichtstraler) voorzien van een aandrijfmotor. Het is echter ook mogelijk om een aantal buisvormige omhulsels tegelijkertijd te doen draaien door een enkele motor te gebruiken. Hoewel de straler verticaal is geplaatst in het getoonde geval, kan deze ook horizontaal worden aangebracht aan het plafond of op de grond. In dergelijke gevallen kan de omwentelingshoek van de motor worden beperkt om zo het licht vanuit de straler alleen naar beneden of alleen naar boven naar de planten uit te stralen.

Wanneer het halfcirkelvormige gedeelte (getoond in fig. 2) van het buisvormige omhulsel 3. van waaruit geen lichtstralen worden uitgestraald, als een weerkaatsend oppervlak wordt uitgevoerd, kan een vrijwel gelijkmatige hoeveelheid lichtstralen, die zijn binnengeleid in het buisvormige omhulsel, worden uitgestraald in de richting van de pijlen en kan daardoor de lichtenergie op efficiëntere wijze worden gebruikt.

Terwijl in de boven beschreven uitvoeringsvorm de transparante platen zijn bevestigd aan het buisvormige omhulsel dat kan worden rondgedraaid, is het ook mogelijk om een lichtstraler te ontwerpen waarin, zoals beschreven in conclusie ^, een buisvormig omhulsel samen met een bevestigingsgedeelte voor een lichtgeleidend kabel vast is aangebracht en waarin transparante platen op de centrale as 9 zijn bevestigd, die binnen het buisvormige omhulsel kan worden rondgedraaid.

Zoals blijkt uit de voorgaande beschrijving is het volgens de onderhavige uitvinding mogelijk om een goedkope lichtstralen met een eenvoudig ontwerp te verschaffen, die in staat is om de lichtenergie, die is overgebracht door een lichtgeleidende kabel, te ontvangen en ook in staat is om deze lichtenergie op gelijkmatige en effectieve wijze naar planten uit te stralen.

Fig. 4 is een bouwtekening die bij wijze van voorbeeld een inrichting voor het verzamelen van zonnestralen weergeeft zoals eerder is voorgesteld door de huidige aanvrager.

In fig. 4 is het cijfer 20 een doorschijnende beschermingscapsule, is 21 een Fresnel-lens, 22 een lenshouder, 23 een zonnepositie-sensor, 24 een aantal optische vezels of een kabel van optische vezels die bestaat uit een aantal optische vezels die zijn aangebracht in het brandvlak van de Fresnel-lens, 25 een houder voor optische vezels of voor een kabel van optische vezels, 26 een arm, 27 een stappenmotor, 28 een horizontale as die wordt rondgedraaid door de stappenmotor 27, 29 een basisdeel voor het daarop aanbrengen van de beschermingscapsule 20, 30 een stappenmotor, 31 een verticale as die kan worden rondgedraaid door de stappenmotor 30, en is 1 een bundel van kabels 24 van optische vezels.

De richting van de zon wordt bepaald door middel van de zonnepositie-sensor 23 en diens detectie-signaal bestuurt de stappenmotoren 27 en 30 voor het ronddraaien van resp. de horizontale as 28 en de verticale as 3.1, zodanig dat de zonnepositie-sensor 23 altijd naar de zon is gericht. Het zonlicht dat wordt gebundeld door elke lens 21 wordt in de overeenkomende lichtgeleider 24 geleid in het brandpunt van de lens is aangebracht vanaf diens eindoppervlak. De lichtgeleiders 24, waarvan de eindoppervlakken zijn aangebracht in de overeenkomstige brandvlakken van de lenzen, worden samengebundeld in de kabel 1 van optische vezels, die uit de inrichting voor het verzamelen van zonnestralen wordt geleid en naar elke plaats wordt gebracht waar het licht nodig is voor verlichting, het kweken van planten, het verzorgen van dieren, het zonnebaden van mensen, enzovoorts.

Figuur 5 is een aanzicht ten behoeve van de uitleg van het binnenleiden van lichtstralen, die zijn verzameld door de lens 21, in een lichtgeleider.

In fig. 5 is 21 een Fresnel-lens of dergelijke en 24 een lichtgeleider voor het ontvangen van het zonlicht dat is gebundeld door de lens en voor het overbrengen van het zonlicht naar elke gewenste plaats. Wanneer zonlicht wordt gebundeld door het lenzensysteem heeft het zonnebeeld een centraal gedeelte dat bestaat uit vrijwel wit licht en een omtreksgedeelte dat een grote hoeveelheid lichtcomponenten bevat met golflengten die overeenkomen met het brandpunt van het lenzensysteem. Wanneer zonlicht door het lenzensysteem wordt gebundeld zullen het brandpunt en de afmeting van het zonnebeeld namelijk variëren overeenkomstig de samenstellende golflengten van het licht. Blauw licht bijvoorbeeld, dat een korte golflengte heeft, produceert een zonnebeeld met een diameter Dl op de positie PI. Groen licht produceert een zonnebeeld met een diameter D2 op de positie P2 en rood licht produceert een zonnebeeld met een diameter D3 op de positie P3.

Zoals getoond in fig. 5 is het dus mogelijk, wanneer het lichtontvangende eindoppervlak van de lichtgeleider wordt geplaatst op de positie PI, om zonlicht te verzamelen dat een grote hoeveelheid blauwe componenten aan het omtreksgedeelte bevat. Wanneer het lichtontvangende eindoppervlak van de lichtgeleider op de positie P2 wordt geplaatst is het mogelijk om zonlicht te verzamelen dat een grote hoeveelheid groene componenten aan het omtreksgedeelte bevat. Wanneer het lichtontvangende eindoppervlak van de lichtgeleider op de positie P3 wordt geplaatst is het mogelijk om zonlicht te verzamelen dat een grote hoeveelheid rode componenten aan het omtreksgedeelte bevat. In elk van deze gevallen kan de diameter van de lichtgeleider worden gekozen overeenkomstig de lichtcomponenten die moeten worden verzameld. De vereiste diameters van de lichtgeleiders zijn bijvoorbeeld resp. Dl, D2 en D3, afhankelijk van de kleuren van de gewenste lichtstralen, d.w.z. blauw, groen of rood. Op een dergelijke wijze kan bespaard worden op de vereiste hoeveelheid kabel van optische vezels en kan daardoor op zeer effectieve wijze zonlicht worden verzameld dat een grote hoeveelheid van de gewenste kleurcomponenten bevat.

Wanneer bovendien, zoals getoond in fig. 5. de diameter van het lichtontvangende eindoppervlak van de kabel van optische vezels wordt vergroot tot DO, is het mogelijk om licht te verzamelen dat alle zichtbare golflengte-componenten bevat maar geen ultraviolette of infrarode stralen.

Het is ook mogelijk dat de lichtontvangende oppervlakken van de lichtgeleiders 24 vooraf door de fabrikant in het brandvlak van het lenzensysteem worden bevestigd, of dat de lichtontvangende oppervlakken van de lichtgeleiders in de richting van de as van het licht instelbaar worden uitgevoerd en door de gebruiker worden bijgeregeld om zo de lichtcomponenten met de gewenste kleur te verkrijgen.

Zoals boven is genoemd heeft het zonnebeeld, wanneer het zonlicht wordt gebundeld door een lenzensysteem, een centraal gedeelte van wit licht en een omtreksgedeelte waarvan de kleur afhangt van de afstand tot het lenzensysteem. Op een korte afstand van het lenzensysteem wordt namelijk blauw licht verzameld en op een grote afstand van het lenzensysteem wordt rood licht verzameld. Door het aanpassen van de instelpositie van de lichtontvangende vlakken van de lichtgeleiders is het mogelijk om infrarode en ultraviolette stralen te elimineren en derhalve zonlicht te verkrijgen dat geschikt is voor zonnebaden en voor het kweken van dieren en planten.

Claims

1. Lichtstraler omvattende een semi-transparant buisvormig omhulsel, een groot aantal transparante platen die in een rij binnen het buisvormige omhulsel zijn aangebracht op zodanige wijze dat zij in dezelfde richting hellen ten opzichte van de as van het omhulsel, een ' aan één uiteinde van het omhulsel verschaft aansluitgedeelte voor een lichtgeleidende kabel voor het hiermee verbinden van het uitvoeruiteinde van een lichtgeleidende kabel, een tussen het aansluitgedeelte voor de lichtgeleidende kabel en een transparante plaat aangebrachte lens, en een motor voor het doen draaien van het buisvormige omhulsel, met het kenmerk, dat de transparante platen ten minste gedeeltelijk weerkaatsende oppervlakken hebben en dat hun weerkaatsende oppervlakken groter zijn naarmate zij verder van de lens verwijderd zijn teneinde een zoveel mogelijk gelijkmatige hoeveelheid lichtstralen te reflecteren.

2. Lichtstraler volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het aansluitgedeelte voor de lichtgeleidende kabel voor het draaibaar vasthouden van de lichtgeleidende kabel en het draaibaar ondersteunen van het buisvormige omhulsel is ingericht.

3. Lichtstraler volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een bij benadering half-cirkelvormig eindgedeelte van het buisvormige omhulsel, van waaruit geen licht kan worden uitgezonden, als een weerkaatsend oppervlak is uitgevoerd. k. Lichtstraler omvattende een semi-transparant buisvormig omhulsel, een rij van vele transparante platen die in dezelfde richting hellen ten opzichte van de as van het buisvormige omhulsel en concentrisch als één geheel aan een transparante middenas zijn vastgemaakt die draaibaar in het buisvormige omhulsel is aangebracht, een aan één uiteinde van het omhulsel verschaft aansluitgedeelte voor een lichtgeleidende kabel voor het hiermee verbinden van het uiteinde van een lichtgeleidende kabel, een tussen het aansluitgedeelte en een transparante plaat aangebrachte lens, en een motor voor het doen draaien van de middenas van het buisvormige omhulsel, met het kenmerk, dat de transparante platen ten minste een gedeeltelijk weerkaatsend oppervlak hebben en dat hun weerkaatsende oppervlakken groter zijn naarmate zij verder van de lens verwijderd zijn teneinde een zoveel mogelijk gelijkmatige hoeveelheid lichtstralen te weerkaatsen.