專利名稱：一種太陽光采集及傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽光采集及傳輸裝置， 一種可將室外太陽光經(jīng)過采集并傳輸至室內(nèi) 用于照明的裝置。
背景技術(shù)：
目前室內(nèi)采光一般桌將建筑物開有窗戶，通過窗戶將外部太陽光引入室內(nèi)，對(duì)于較封 閉不能直接釆光的建筑物，其室內(nèi)照明一般是采用照明燈具。照明燈在使用過程中，既浪 費(fèi)了電能，又存在安全隱患，特別是對(duì)于一些加工車間，商場等環(huán)境尤為明顯。另外電能 的照明只能提供較單一波長的照明，而太陽光的發(fā)射光譜的譜帶較寬，用太陽光照明使人 們感覺更加舒適。
為了將太陽光引入不能直接采光的建筑物內(nèi)，人們發(fā)明了管式天窗照明裝置。美國專 利5502935公開了一種屋頂天窗裝置，在屋頂上設(shè)一天窗，通過光導(dǎo)管連接到天花板上的 通光孔。其工作原理是，光線由屋頂透光裝置進(jìn)入管道，在管道內(nèi)經(jīng)數(shù)次反射后通過天花 板上的通光孔進(jìn)入室內(nèi)。在此發(fā)明中，屋頂?shù)耐腹庋b置是由一穹頂結(jié)構(gòu)的天窗構(gòu)成，但是， 這種結(jié)構(gòu)的天窗只有正午時(shí)陽光才能有效地迸入管道內(nèi)，而當(dāng)早晨或傍晚時(shí)太陽光的入射 角非常小，這樣直接進(jìn)入管道內(nèi)的光線非常少，通過反射進(jìn)入管道內(nèi)的光線也會(huì)非常少。 同時(shí)這些光線由于入射角太小，其在管道內(nèi)要經(jīng)過多次反射才能進(jìn)入室內(nèi)，這樣光線的強(qiáng) 度經(jīng)過多次反射后就會(huì)大大減弱。為了提高太陽光的采集效率，美國專利5099622公幵了 其設(shè)計(jì)方案，其通過在采光穹頂?shù)膬?nèi)表面加一反射鏡，該反射鏡位于采光罩的內(nèi)壁與光導(dǎo) 管的外壁之間，這樣增加外部光線通過反射進(jìn)入管道內(nèi)的幾率。這種結(jié)構(gòu)可以一定程度上 提高釆光裝置的采光效率，但也帶來一些問題， 一是反射鏡的角度是固定的，其不能隨入 射光的角度的變化而變化，這給實(shí)際應(yīng)用帶來困難；另一方面是反射鏡相對(duì)于采光罩的位 置固定，這樣此反射鏡的加入會(huì)阻擋部分光線的進(jìn)入，而不能在太陽光小角度入射時(shí)得到 最優(yōu)的采光效率。
美國專利5655339公布了一種具有新式穹頂結(jié)構(gòu)的管式天窗的設(shè)計(jì)。該專利提供的技 術(shù)方案是在采光罩穹頂北側(cè)的部分外表面設(shè)置有多個(gè)沿穹頂大圓方向排列的溝槽，這些溝 槽構(gòu)成類似全反射棱鏡的結(jié)構(gòu)。當(dāng)太陽光以較低的入射角度照射穹頂時(shí)，部分光線可以通 過全反射棱鏡的反射作用進(jìn)入光導(dǎo)管內(nèi)，這樣就會(huì)提高了系統(tǒng)在太陽光小角度入射時(shí)的采光效率，有效地增加了管式天窗的照明強(qiáng)度并延長了照明時(shí)間。然而，對(duì)于某種材料而言， 其入射光能實(shí)現(xiàn)全反射的臨界角是固定的，所以只有當(dāng)入射光滿足一定的條件才能實(shí)現(xiàn)全 反射。當(dāng)溝槽的形狀固定后，由于入射光線的入射角度隨時(shí)間是不斷變化的，這使得這種 溝槽的形狀的采光罩只有對(duì)某些角度入射光才會(huì)得到最佳的效果，而對(duì)一天中太陽光以不 同的角度入射時(shí)，不能得到理想的采光效果。因此要得到理想的效果必須設(shè)計(jì)不同形狀的 溝槽，這不僅在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中無法完成，而且這樣的設(shè)計(jì)也不能得到最優(yōu)化的采光效率。 該專利還提出兩級(jí)的溝槽設(shè)計(jì)方案，且兩級(jí)溝槽相互錯(cuò)開，力求盡可能滿足較多入射光線 角度的要求。然而，由于不同季節(jié)不同時(shí)間太陽光的入射角度都是變化的，且不同緯度的 用戶對(duì)產(chǎn)品也有不同的需求，這使得該專利的方案由于其技術(shù)局限而不能得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有太陽光采集及傳輸裝置中存在的采光效率不高，特別是太陽光小角度 入射時(shí)采光效率急需提高等問題，提出一種實(shí)現(xiàn)方案。該方案的目的在于提供一種太陽光 釆集及傳輸裝置，其利用光的反射原理，通過靈活設(shè)計(jì)器件的結(jié)構(gòu)來提高系統(tǒng)的采光效率。
通過在采光罩頂部設(shè)置一固定懸掛端，該懸掛端與一懸臂相連，在該懸臂上可設(shè)置至 少一反射鏡，通過調(diào)節(jié)反射鏡的角度和與采光罩相對(duì)位置，可以有效地提高系統(tǒng)的采光效 率，特別是當(dāng)太陽光以小角度入射時(shí)的采光效率。此外通過反射鏡角度的合理設(shè)計(jì)還可以 減少光線在光導(dǎo)管內(nèi)的反射次數(shù)，降低反射損耗。
本發(fā)明包括一種太陽光采集及傳輸裝置，其結(jié)構(gòu)至少包括一采光裝置，連接該采光裝 置的光導(dǎo)管，及連接光導(dǎo)管另一端并接入室內(nèi)用于照明的散光器。所述采光裝置可為一穹 頂式采光罩，所述采光罩頂端可設(shè)有一固定懸掛端，該固定懸掛端可連接一懸臂，在此懸 臂上至少可設(shè)有一個(gè)反射鏡。所述光導(dǎo)管通過一具有反射作用的板材連接而成，在板材連 接時(shí)采用兩邊反扣的方法來實(shí)現(xiàn)。
所述采光罩頂端的固定懸掛端在采光罩注塑時(shí)一體形成，且固定懸掛端設(shè)有與懸臂連 接的借口。
所述固定懸掛端下方可設(shè)有一旋轉(zhuǎn)裝置，即可通過固定旋轉(zhuǎn)裝置調(diào)節(jié)采光罩內(nèi)部與固 定懸掛端相連接的懸臂在水平面內(nèi)的位置。
所述光導(dǎo)管的頂部開口端可連接一防雨板，此防雨板設(shè)置于房頂上，所述采光裝置可 扣合于該防雨板。
所述光導(dǎo)管的底部開口端連接一散光器，此散光器可采用棱鏡式結(jié)構(gòu)，也可采用菲涅爾透鏡式結(jié)構(gòu)，以使室內(nèi)得到較均勻的光線。
所述光導(dǎo)管可以做成直管道，也可以做成彎管。光導(dǎo)管內(nèi)壁經(jīng)過拋光打磨或電鍍高效 率的反光材料或貼有高反射率的反射薄膜，這可以減少太陽光在光導(dǎo)管內(nèi)傳播時(shí)的損耗。 光導(dǎo)管通過具有反射作用的板材連接而成，在板材連接時(shí)采用兩邊反扣的方法來實(shí)現(xiàn)。此 方法使管道的連接更加緊密、牢固，且方法簡單，減少了使用鉚釘時(shí)所帶來的額外光損耗。
本發(fā)明的工作原理是，利用在采光罩頂部的固定懸掛端懸掛一懸臂，在懸臂上可至少 設(shè)置一反射鏡，該反射鏡可為圓弧狀亦可為平面鏡。該反射鏡可由金屬及其它反光材料制 成，或者在向光的一面覆有反射膜。該反射鏡的位置可設(shè)置于采光罩內(nèi)北側(cè)，并且可以通 過改變懸臂與固定懸掛點(diǎn)的連接端及懸臂與反光鏡的連接來改變反光鏡的位置及角度。當(dāng) 太陽光以低角度入射時(shí)，入射光線被反射鏡阻擋并反射，反射光便可進(jìn)入光導(dǎo)管并進(jìn)入室 內(nèi)。這樣會(huì)極大提高該裝置在早晨或傍晚太陽光入射角度較小時(shí)的采光效率。并且該裝置 在安裝時(shí)可以靈活改變反射鏡的位置和傾斜角度，這樣可以滿足在不同緯度生活時(shí)人們采 光的需要，這給不同地區(qū)的使用者提供方便。


圖1為本發(fā)明實(shí)施方式一的示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施方式一采用的一種采光罩的頂部俯視圖
圖3為圖2沿A-Ae方向的剖面圖
圖4為圖2和3中固定端、懸臂及反射鏡結(jié)構(gòu)圖
圖5為光導(dǎo)管示意圖
圖6光導(dǎo)管連接邊剖面圖
圖7為本發(fā)明實(shí)施方式二的示意圖
圖8為本發(fā)明實(shí)施方式二采用的一種采光罩的側(cè)視圖
圖9為圖8沿A-AQ方向的剖面圖
圖10為圖8和9中固定端、懸臂及反射鏡結(jié)構(gòu)圖
圖中
10太陽光采集及傳輸裝置；20采光裝置；21采光罩；22防雨板圍邊；23防雨板環(huán)邊； 24房頂；25反射鏡；26懸掛端；261控制盒；262傳動(dòng)軸；太陽能電池板263;定位器264; 27懸臂；271懸掛接口； 272、 273連接點(diǎn)；30光導(dǎo)管；31光導(dǎo)管連接邊；32光導(dǎo)管連接 邊；41散光器；42天花板
具體實(shí)施例方式
以下，結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。 (實(shí)施方式一)
圖1為本發(fā)明實(shí)施方式一太陽光采集及傳輸裝置10的示意圖。該裝置包括一采光裝置 20，該采光裝置20下端連接有光導(dǎo)管30,該光導(dǎo)管30向下延伸至室內(nèi)并連接有一散光器 41。
在本實(shí)施例中，采光裝置20包括一采光罩21及與采光罩21相連的防雨板圍邊22，該 防雨板圍邊22與房頂24通過環(huán)邊23相連。防雨板圍邊22可以為采光罩21提供結(jié)構(gòu)上的 支持，這種防雨板結(jié)構(gòu)無論是在木制房頂、磚制房頂，還是其它結(jié)構(gòu)的房頂中都可應(yīng)用。
采光罩21通過引入懸掛端26和懸臂27，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在下 文中進(jìn)一步描述。
圖2和3是采光罩21的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2是采光罩21所采用的一種采光罩21的 頂部俯視圖。在制作采光罩21時(shí)，在其頂部同時(shí)制作一懸掛端26，該懸掛端26在采光罩 21內(nèi)可連接一懸臂27，懸臂27可為弧狀結(jié)構(gòu)，在該懸臂27上懸掛一反射鏡25，該反射鏡 25可為弧形或平面鏡，在本實(shí)施例中采用圓弧形結(jié)構(gòu)，該圓弧與采光罩21的曲率相對(duì)應(yīng)， 區(qū)別是圓弧形結(jié)構(gòu)的反射鏡25的曲率半徑要小于采光罩28的曲率半徑。
如圖3所示，反射鏡25可沿采光罩21的北側(cè)周邊放置，反射鏡25弧面的曲率與采光 罩21的曲率相對(duì)應(yīng)，該反射鏡25可由不透光的材料制成，其反射面經(jīng)過拋光或鍍反射膜， 或在其反射面覆一層反射膜。
與如圖4所示，懸臂27通過懸掛接口 271與懸掛點(diǎn)26處的軸262連接，且懸掛接口 271可以調(diào)節(jié)，即可以通過調(diào)節(jié)懸掛接口 271的位置來調(diào)節(jié)懸臂27與豎直方向的夾角。懸 臂27與反射鏡25通過連接點(diǎn)272和273連接，變換該連接點(diǎn)272和273的位置可改變反 射鏡25的傾斜角度。
當(dāng)太陽光以較低的角度入射時(shí)，其光線會(huì)通過采光罩21照射到反射鏡25上，在安裝 時(shí)通過調(diào)節(jié)懸臂27的位置和反射鏡25的傾角，可以使早晨或傍晚時(shí)太陽光入射角較小時(shí) 采光罩21的采光效率達(dá)到最大。同時(shí)由于反射鏡25置于采光罩28的北側(cè)，當(dāng)正午陽光的 入射角度較大時(shí)，反射鏡對(duì)大角度的入射光線幾乎沒有影響。這樣本實(shí)施例的采光罩結(jié)構(gòu) 可以將照射于采光罩21上的各種角度的入射光線進(jìn)行有效收集。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)還可以大 大提高太陽光入射角度較低時(shí)的采光效率，延長了照明時(shí)間從而更加有效地節(jié)約能源。如圖l所示，本實(shí)施例的散光器41置于天花板42上并固定，散光器41可以把從光導(dǎo) 管30接收到的光線均勻發(fā)散至室內(nèi)。
圖5為光導(dǎo)管示意圖，在光導(dǎo)管連接前，光導(dǎo)管30的2個(gè)連接邊31和32先做成彎曲 的形狀，如圖6所示。然后把兩個(gè)邊扣合壓緊，此方法不用鉚釘，即能使光導(dǎo)管連接緊密， 保證內(nèi)部的光滑，又制作方便。
本發(fā)明在使用時(shí)，光導(dǎo)管30的一端通過防雨板圍邊21連接到房頂上，而另一端則固 定在室內(nèi)天花板上。當(dāng)太陽光照射到采光罩21上時(shí)，較大角度的入射光可以直接穿過采光 罩照射到光導(dǎo)管30內(nèi)，而當(dāng)太陽光的入射角度較小時(shí)，太陽光會(huì)照射到采光罩28內(nèi)部的 反射鏡25上，通過調(diào)節(jié)反射鏡25的位置和傾斜角度使太陽光反射到光導(dǎo)管20內(nèi)，從而提 高采光罩21的采光效率。陽光在光導(dǎo)管20內(nèi)通過內(nèi)壁的反射作用，照射到與光導(dǎo)管20連 接的散光器41上，通過散光器的散射作用達(dá)到為室內(nèi)提供照明的目的。 (實(shí)施方式二)
圖7為本發(fā)明實(shí)施方式二太陽光采集及傳導(dǎo)裝置10的示意圖。該裝置包括一采光裝置 20，該采光裝置20下端連接有光導(dǎo)管30,該光導(dǎo)管30向下延伸至室內(nèi)并連接有一散光器 41。
在本實(shí)施例中，采光裝置20包括一穹頂21及與穹頂21相連的防雨板22,該防雨板 22包括與穹頂21相連接的圍邊23及連接到房頂?shù)沫h(huán)邊24。防雨板22的圍邊23可以為穹 頂21提供結(jié)構(gòu)上的支持，這種防雨板22結(jié)構(gòu)無論是在木制房頂或磚制房頂?shù)绕渌Y(jié)構(gòu)的 房頂中都可應(yīng)用。
穹頂21頂部設(shè)置一控制盒261，該控制盒261內(nèi)部安裝一電機(jī)，該電機(jī)連接一齒輪傳 動(dòng)裝置265，該齒輪傳動(dòng)裝置265下端連接一傳動(dòng)軸262，傳動(dòng)軸262的下端頂部設(shè)置一固 定懸掛端26，該固定懸掛端26至少可連接一懸臂27，在此懸臂27上至少可設(shè)有一個(gè)反射 鏡25。在傳動(dòng)軸262上還可連接一太陽能電池板263和一跟蹤陽光的定位器264。電機(jī)和 齒輪傳動(dòng)裝置被封裝在控制盒內(nèi)。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在下文中進(jìn)一步描述。
圖8和9是穹頂21的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖8是穹頂21所采用的一種采光罩28的頂部 俯視圖。在制作穹頂21時(shí)，穹頂21頂部設(shè)置一控制盒，該控制盒連接一的齒輪傳動(dòng)裝置， 該齒輪傳動(dòng)裝置下端連接一傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸的下端頂部設(shè)置一固定懸掛端26,該懸掛端26 在穹頂21內(nèi)可連接一懸臂27，在該懸臂27上懸掛一反射鏡25,該反射鏡可為弧形或平面 鏡，在本實(shí)施例中采用圓弧形結(jié)構(gòu)，該圓弧與采光罩28為一同心球面，區(qū)別是圓弧形結(jié)構(gòu) 的反射鏡25的曲率半徑要小于采光罩28的曲率半徑。如圖9所示，反射鏡25弧面的曲率與采光罩28的曲率相對(duì)應(yīng)，該反射鏡25可由不透 光的材料制成，其反射面經(jīng)過拋光或鍍反射膜，或在其反射面覆一層反射膜。
與如圖10所示，懸臂27通過懸掛接口271與懸掛點(diǎn)26處的軸262連接，且懸掛接口 271可以調(diào)節(jié)，即可以通過調(diào)節(jié)懸掛接口 271的位置來調(diào)節(jié)懸臂27與豎直方向的夾角。為 了固定反射鏡25于懸臂27上，可以設(shè)置兩個(gè)連接點(diǎn)272， 273連接懸臂27與反射鏡25， 該連接點(diǎn)272， 273可在豎直平面內(nèi)調(diào)節(jié)位置，這樣可以通過這種位置調(diào)節(jié)來改變反射鏡25 的傾斜角度。
當(dāng)太陽光入射時(shí)，其光線會(huì)首先通過采光罩28照射到太陽能電池板263和定位器264 上，定位器264通過感知太陽的入射角度，給出一信號(hào)到控制電路，通過控制電路給出的 指令來調(diào)節(jié)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，使定位器264和太陽能電池板263始 終在正對(duì)太陽的方向。太陽能電池板263用來給控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)供電。
反射鏡25上，在安裝時(shí)通過調(diào)節(jié)懸臂27的位置和反射鏡25的傾角，可以使早晨或傍 晚時(shí)太陽光入射角較小時(shí)采光罩28的采光效率達(dá)到最大。同時(shí)由于反射鏡25置于采光罩 28的北側(cè)，當(dāng)正午陽光的入射角度較大時(shí)，反射鏡對(duì)大角度的入射光線幾乎沒有影響，這 樣本實(shí)施例的采光罩結(jié)構(gòu)可以將照射于穹頂21上的各種角度的入射光線進(jìn)行有效收集。同 時(shí)，這種結(jié)構(gòu)還可以大大提高太陽光入射角度較低時(shí)的采光效率，延長了照明時(shí)間從而更 加有效地節(jié)約能源。
本發(fā)明在使用時(shí)，當(dāng)太陽光照射到穹頂21的采光罩28上時(shí)，較大角度的入射光可以 直接穿過采光罩照射到光導(dǎo)管20內(nèi)，而當(dāng)太陽光的入射角度較小時(shí)，太陽光會(huì)照射到采光 罩28內(nèi)部的反射鏡25上，通過調(diào)節(jié)反射鏡25的位置和傾斜角度使太陽光反射到光導(dǎo)管20 內(nèi)，從而提高采光罩28的采光效率。陽光在光導(dǎo)管20內(nèi)通過內(nèi)壁的反射作用，照射到與 光導(dǎo)管20連接的散光器41上，通過散光器41的散射作用達(dá)到為室內(nèi)提供照明的目的。
本發(fā)明的一種陽光采集及傳輸裝置可以提供大面積的室內(nèi)照明，亦可以用于其它的照 明用途。
盡管前面已經(jīng)說明了本發(fā)明的具體的實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在 不脫離所附權(quán)利要求書的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做出很多修飾替代和修改。
權(quán)利要求
1.一種太陽光采集及傳輸裝置，其結(jié)構(gòu)至少包括一采光裝置，所述采光裝置包括有采光罩和防雨板，該采光裝置下端連接有光導(dǎo)管，該光導(dǎo)管的下端連接有散光器，其特征在于所述采光罩的頂部有一固定懸掛端，且該懸掛端上至少連接一懸臂，在懸臂上至少連接一反射鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光采集及傳輸裝置，其特征在于所述固定懸掛端可以在 制作采光罩時(shí)同時(shí)制備。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光采集及傳輸裝置，其特征在于懸臂通過旋鈕連接固定 懸掛端上，且懸臂在水平面內(nèi)的角度可以調(diào)節(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光采集及傳輸裝置，其特征在于所述光導(dǎo)管由一面具有反光性能的板材連接而成，該連接通過兩個(gè)連接邊反扣壓制而成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光采集及傳輸裝置，其特征在于連接在懸臂上的反射鏡 為圓弧狀結(jié)構(gòu)或平面鏡結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽光采集及傳輸裝置，其特征在于連接在懸臂上的反射鏡 在豎直平面內(nèi)的傾斜角度可以調(diào)節(jié)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽光采集及傳輸裝置，其特征在于連接在懸臂上的反射鏡 用不透明的反光材料制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽光采集及傳輸裝置，其特征在于連接在懸臂上的反射鏡 可以覆有反射膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光采集及傳輸裝置，其特征在于所述穹頂?shù)捻敳吭O(shè)有一 控制盒，所述傳動(dòng)軸上設(shè)有一太陽能電池板和一定位器，所述太陽能電池板用來給控制盒 供電，同時(shí)提供傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電能，所述定位器用來探測太陽的入射角度，提供給傳動(dòng)軸 轉(zhuǎn)動(dòng)的定位信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽光采集及傳輸裝置，其至少包括一采光裝置，連接該采光裝置的光導(dǎo)管，及連接光導(dǎo)管另一端的散光器。該采光裝置可為一穹頂式采光罩，在采光罩頂端設(shè)置一固定懸掛端，該固定懸掛端至少連接一懸臂，在此懸臂上至少設(shè)有一個(gè)反射鏡。通過調(diào)節(jié)反射鏡的角度和位置，可以有效地提高系統(tǒng)特別是太陽光小角度入射時(shí)的采光效率。在傳動(dòng)軸上可設(shè)置一太陽能電池板和一定位器，這樣就可以根據(jù)太陽的照射角度改變反射鏡的位置。通過調(diào)節(jié)反射鏡的角度和位置，可以有效地提高系統(tǒng)特別是太陽光小角度入射時(shí)的采光效率。
文檔編號(hào)F21S11/00GK101625100SQ20091015800
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者劉志東, 劉志方, 徐登輝 申請(qǐng)人:劉志東;劉志方