一種全方位聚光采光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能利用領(lǐng)域光導(dǎo)照明技術(shù)等的采光裝置，具體是一種全方位聚光采光器。采用該發(fā)明能將二維移動(dòng)的太陽(yáng)光自然聚焦，形成焦點(diǎn)軌跡面(一年中陽(yáng)光通過(guò)球形透鏡形成聚焦點(diǎn)的集合區(qū)域)。在焦點(diǎn)軌跡面有效區(qū)域內(nèi)通過(guò)優(yōu)化、集成光導(dǎo)體(或光導(dǎo)纖維)轉(zhuǎn)換成同一方向的發(fā)散光線，便于利用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，太陽(yáng)能利用領(lǐng)域太陽(yáng)光導(dǎo)照明等技術(shù)主要采取兩種方式:一是被動(dòng)采光的光導(dǎo)管照明技術(shù)；一是主動(dòng)采光的聚焦跟蹤，光導(dǎo)纖維傳輸?shù)恼彰骷夹g(shù)。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光通量大，但采光不穩(wěn)定，局限明顯。后者雖采光效果較好，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、難以維護(hù)等弊端，不利于陽(yáng)光照明等技術(shù)的推廣和普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是提供一種全方位聚光米光器，兼有被動(dòng)米光和主動(dòng)米光的優(yōu)點(diǎn)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的采光不穩(wěn)定、局限性大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、難以維護(hù)等問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:包括球形透鏡、支架、集成光導(dǎo)體、旋轉(zhuǎn)調(diào)整齒輪；該球形透鏡固定在支架的頂端，集成光導(dǎo)體接收端面安裝在球形透鏡焦點(diǎn)軌跡面上。
[0005]所述的球形透鏡焦點(diǎn)軌跡面，為冬至日焦點(diǎn)軌跡、夏至日焦點(diǎn)軌跡與其末端弧形連線(所有日焦點(diǎn)軌跡末端連線)所形成的弧面。
[0006]所述的集成光導(dǎo)體接收端面，為春分日焦點(diǎn)軌跡中點(diǎn)始，沿春分日焦點(diǎn)軌跡兩側(cè)以66.5度角，分別至冬至日焦點(diǎn)軌跡、夏至日焦點(diǎn)軌附近，焦點(diǎn)軌跡面弧寬二分之一長(zhǎng)度處，連接春分日焦點(diǎn)軌跡同側(cè)末端所圍成的弧面。
[0007]所述的集成光導(dǎo)體為若干上端面正方形或多邊形的柱狀光導(dǎo)體或光導(dǎo)纖維，在焦點(diǎn)軌跡面上優(yōu)化排列集成。各光導(dǎo)體端面保持垂直于球形透鏡的半徑。旋轉(zhuǎn)調(diào)整接收端面時(shí)，仍具有此特性。
[0008]所述的集成光導(dǎo)體上端由柱狀光導(dǎo)體或光導(dǎo)纖維有規(guī)律彎曲排列集成，漸變?yōu)橐源悍秩战裹c(diǎn)軌跡中點(diǎn)，至球形透鏡球心連線為中心軸的集成圓柱體，集成光導(dǎo)體末端接入光導(dǎo)管。
[0009]所述的旋轉(zhuǎn)調(diào)整齒輪為帶動(dòng)接收端面繞下端圓柱體中心軸227度旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0010]所述的集成光導(dǎo)體接收端面的末端寬度設(shè)計(jì)決定本發(fā)明的調(diào)整周期。焦點(diǎn)軌跡的日改變量為:
[0011]焦點(diǎn)軌跡面弧寬X2X47(度)+365(天)。
[0012]本發(fā)明利用球形透鏡正對(duì)太陽(yáng)的任意面，均構(gòu)成一組主光軸與太陽(yáng)光平行的凸透鏡組(上鏡凸面向上，下鏡凸面向下)，將太陽(yáng)光聚焦形成焦點(diǎn)的原理，根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)行的軌跡，一年中陽(yáng)光通過(guò)球形透鏡，在可能形成焦點(diǎn)的集合區(qū)域內(nèi)，合理布局、安裝接收光導(dǎo)體或光導(dǎo)纖維形成集成光導(dǎo)體，通過(guò)集成光導(dǎo)體的調(diào)向作用，自然有效地將二維移動(dòng)的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成同一方向的發(fā)散光線，聚集于光導(dǎo)管中便于利用。采用本發(fā)明聚集陽(yáng)光，聚光比在光導(dǎo)管接收端可達(dá)1: 4以上，顯著優(yōu)于光導(dǎo)管的被動(dòng)采光效果，而且不需要追蹤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，便于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)的推廣和普及。
【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]圖1是本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0016]圖3是圖1的俯視圖；
[0017]圖4是球形透鏡焦點(diǎn)軌跡示意主視圖(地點(diǎn):懷化市)；
[0018]圖5是圖4的俯視圖；
[0019]圖6是圖4春分日焦點(diǎn)軌跡中點(diǎn)至球形透鏡球心連線為豎直方向的示意主視圖；
[0020]圖7是圖6的俯視圖；
[0021]圖8、圖9是圖7接收端面的軌跡調(diào)整示意圖；
[0022]圖10、圖11是接收端面的上下午調(diào)整示意圖。
[0023]圖中標(biāo)記說(shuō)明:1殼體；2透光液體；3支持柄；4 口塞；5支架；6調(diào)整底座；7接收端面；8集成光導(dǎo)體9末端面；10旋轉(zhuǎn)調(diào)整齒輪；11光導(dǎo)管；12冬至日焦點(diǎn)軌跡；13春分日焦點(diǎn)軌跡；14夏至日焦點(diǎn)軌跡；15焦點(diǎn)軌跡半球面；16焦點(diǎn)軌跡面；17太陽(yáng)光束；18焦點(diǎn)；19發(fā)散點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]參見圖1一3，將球形透鏡殼體I中注入折射率與殼體I 一致或相近的透光液體2。透光液體2通過(guò)支持柄3、口塞4封裝于球形透鏡殼體I內(nèi)形成球形透鏡。球形透鏡由支持柄3、支架5與調(diào)整底座6相連，并固定在調(diào)整底座6上。使接收端面7的末端指向正西方，支持柄3指向正南方。調(diào)整支架調(diào)整底座6的固定螺栓,使集成光導(dǎo)體8下端的圓柱體中心軸，保持與豎直方向的夾角為當(dāng)?shù)鼐暥?。集成光?dǎo)體末端面9接入光導(dǎo)管11，使集成光導(dǎo)體8下端的調(diào)整齒輪10，能實(shí)現(xiàn)集成光導(dǎo)體8、接收端面7繞軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整。
[0025]參見圖4一5，當(dāng)集成光導(dǎo)體8下端的圓柱體中心軸保持與豎直方向的夾角為當(dāng)?shù)鼐暥葧r(shí)，冬至日焦點(diǎn)軌跡12、春分日焦點(diǎn)軌跡13、夏至日焦點(diǎn)軌跡14,在焦點(diǎn)軌跡形成的半球面15，東西方向的投影形成的焦點(diǎn)軌跡面16，在豎直方向上的傾角也應(yīng)與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢?。俯視焦點(diǎn)軌跡面16則偏向于焦點(diǎn)軌跡半球面15的北邊。
[0026]參見圖6— 7，將春分日焦點(diǎn)軌跡中點(diǎn)至球形透鏡球心連線作為豎直方向時(shí)，俯視接收端面7，為春分日焦點(diǎn)軌跡13的中點(diǎn)始，沿春分日焦點(diǎn)軌跡兩側(cè)以66.5度角，分別至冬至日焦點(diǎn)軌跡12、夏至日焦點(diǎn)軌14附近，焦點(diǎn)軌跡面弧寬二分之一長(zhǎng)度處，連接春分日焦點(diǎn)軌跡13同側(cè)末端所圍成的弧面。
[0027]參見圖8— 9，集成光導(dǎo)體接收端面7的末端朝向正西方時(shí)，為春分日的上午采光位置:使接收端面7旋轉(zhuǎn)180度，為春分日下午的采光位置；接收端面7向南旋轉(zhuǎn)23.5度為夏至日上午的采光位置，反向旋轉(zhuǎn)使接收端面7旋轉(zhuǎn)227度為夏至日下午的采光位置；使接收端面7向北旋轉(zhuǎn)23.5度為冬至日上午的采光位置，反向旋轉(zhuǎn)使接收端面7旋轉(zhuǎn)133度為冬至日的下午采光位置。焦點(diǎn)軌跡的日改變量為:焦點(diǎn)軌跡面弧寬X 2 X 47 (度)+ 365 (天)。由此推導(dǎo)得出，接收端面7末端寬度決定本發(fā)明的調(diào)整周期。
[0028]參見圖10—11，分別表示了本發(fā)明在上午、下午時(shí)刻陽(yáng)光聚焦的示意圖和光路圖。平行太陽(yáng)光束17，通過(guò)球形透鏡1，聚焦于光導(dǎo)體接收端7上的焦點(diǎn)18，聚焦后的光通過(guò)光導(dǎo)體(或光導(dǎo)纖維)傳送到光導(dǎo)體末端發(fā)散點(diǎn)19，進(jìn)入光導(dǎo)管11。上午時(shí)分，焦點(diǎn)18必然在接收端面7上移動(dòng)。下午，接收端面7旋轉(zhuǎn)調(diào)整相應(yīng)角度后，焦點(diǎn)18也在接收端面7上移動(dòng)，對(duì)應(yīng)時(shí)刻保持平行太陽(yáng)光束17，通過(guò)球形透鏡1，聚焦于焦點(diǎn)18。平行光線照射球面鏡的任意面，總會(huì)形成一組主光軸與太陽(yáng)光平行的擬似凸透鏡組，將太陽(yáng)光聚焦于接收端面7上。具有全方位聚光采光特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全方位聚光采光器，其特征是:包括球形透鏡、支架、集成光導(dǎo)體、旋轉(zhuǎn)調(diào)整齒輪；該球形透鏡固定在支架的頂端，集成光導(dǎo)體接收端面安裝在球形透鏡焦點(diǎn)軌跡面上。
2.所述的球形透鏡焦點(diǎn)軌跡面，其特征是:冬至日焦點(diǎn)軌跡[12]、夏至日焦點(diǎn)軌跡[14]與其末端弧形連線(所有日焦點(diǎn)軌跡末端連線)所形成的弧面；通過(guò)球形透鏡球心，與豎直方向夾角為當(dāng)?shù)鼐暥鹊臇|西方向向南傾斜的平面，切割焦點(diǎn)軌跡半球面[15]的弧線為春分日焦點(diǎn)軌跡[13](北半球)。春分日焦點(diǎn)軌跡[13]平面兩側(cè)，焦點(diǎn)軌跡半球面[15]南北弧線23.5弧度處與之平行的平面，分別切割焦點(diǎn)軌跡半球面[15]的弧線為冬至日焦點(diǎn)軌跡[12]和夏至日焦點(diǎn)軌[14]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全方位聚光采光器，其特征是:所述的集成光導(dǎo)體接收端面，為春分日焦點(diǎn)軌跡中點(diǎn)始，沿春分日焦點(diǎn)軌跡兩側(cè)以66.5度角，分別至冬至日焦點(diǎn)軌跡、夏至日焦點(diǎn)軌附近，焦點(diǎn)軌跡面弧寬二分之一長(zhǎng)度處，連接春分日焦點(diǎn)軌跡同側(cè)末端所圍成的弧面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全方位聚光采光器，其特征是:所述的集成光導(dǎo)體為若干上端面正方形或多邊形的柱狀光導(dǎo)體或光導(dǎo)纖維，在焦點(diǎn)軌跡面上優(yōu)化排列成任何形狀。但各光導(dǎo)體端面保持垂直于球形透鏡的半徑。旋轉(zhuǎn)調(diào)整接收端面時(shí)，仍具有此特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全方位聚光采光器，其特征是:所述的集成光導(dǎo)體上端由柱狀光導(dǎo)體或光導(dǎo)纖維有規(guī)律彎曲排列集成，漸變?yōu)橐源悍秩战裹c(diǎn)軌跡中點(diǎn)，至球形透鏡球心連線為中心軸的集成圓柱體，集成光導(dǎo)體末端接入光導(dǎo)管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全方位聚光采光器，其特征是:所述的旋轉(zhuǎn)調(diào)整齒輪為帶動(dòng)接收端面繞下端圓柱體中心軸227度旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全方位聚光采光器，其特征是:所述的集成光導(dǎo)體接收端面的末端寬度設(shè)計(jì)決定本發(fā)明的調(diào)整周期。焦點(diǎn)軌跡的日改變量為:焦點(diǎn)軌跡面弧寬 X2X47(度)+365(天)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種全方位聚光采光器，具體是利用球形透鏡正對(duì)太陽(yáng)的任意面，均構(gòu)成一組主光軸與太陽(yáng)光平行的擬似凸透鏡組(上鏡凸面向上，下鏡凸面向下)，將太陽(yáng)光聚焦形成焦點(diǎn)的原理；根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)行的軌跡，一年中陽(yáng)光通過(guò)球形透鏡，在可能形成焦點(diǎn)的集合區(qū)域內(nèi)，合理布局、安裝接收光導(dǎo)體或光導(dǎo)纖維形成集成光導(dǎo)體，通過(guò)集成光導(dǎo)體的調(diào)向作用，自然有效地將二維移動(dòng)的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成同一方向的發(fā)散光線，聚集于光導(dǎo)管中便于利用。采用本發(fā)明聚集陽(yáng)光，聚光比在光導(dǎo)管接收端可達(dá)1∶4以上，顯著優(yōu)于光導(dǎo)管的被動(dòng)采光效果，而且不需要追蹤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，便于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)的推廣和普及。
【IPC分類】F21V13-02, F21S11-00
【公開號(hào)】CN104776393
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410030240
【發(fā)明人】孫鵬, 孫翼虎
【申請(qǐng)人】孫鵬, 孫翼虎
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2014年1月14日