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)采光一般是將建筑物開有窗戶，通過窗戶將外部太陽光引入室內(nèi)，對于 較封閉不能直接采光的建筑物，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 浪費了電能，又存在安全隱患，特別是對于一些加工車間，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)的天窗只有正午時陽光才能有效地進(jìn)入管道內(nèi)，而當(dāng)早晨或傍晚時太陽光的 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)的光線也會非常 少。同時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)過多次反射后就會大大減弱。為了提高太陽光的采集效率，美國專利5099622公開 了其設(shè)計方案，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 上提高采光裝置的采光效率，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，這給實際應(yīng)用帶來困難；另一方面是反射鏡相對于采光罩的位 置固定，這樣此反射鏡的加入會阻擋部分光線的進(jìn)入，而不能在太陽光小角度入射時得到 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。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，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)，這樣就會提高了系統(tǒng)在太陽光小角度入射時 的采光效率，有效地增加了管式天窗的照明強(qiáng)度并延長了照明時間。然而，對于某種材料而 言，其入射光能實現(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 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間是不斷變化的，這使得這 種溝槽的形狀的采光罩只有對某些角度入射光才會得到最佳的效果，而對一天中太陽光以 不同的角度入射時，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)計不同形狀 的溝槽，這不僅在實際工程設(shè)計中無法完成，而且這樣的設(shè)計也不能得到最優(yōu)化的采光效 率。該專利還提出兩級的溝槽設(shè)計方案，且兩級溝槽相互錯開，力求盡可能滿足較多入射光 線角度的 求。然而，由于不同季節(jié)不同時間太陽光的入射角度都是變化的，且不同緯度的用戶對產(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 角度入射時采光效率急需提高等問題，提出一種實現(xiàn)方案。該方案的目的在于提供一種太 陽光采集及傳輸裝置，其利用光的反射原理，通過靈活設(shè)計器件的結(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的采光效率。此外通過反射鏡角度的合理設(shè)計還 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)有一個反射鏡。所述光導(dǎo)管通過一具有反光性能的板材連接而成，在板材 連接時采用兩邊反扣的方法來實現(xiàn)。 所述采光罩頂端的固定懸掛端在采光罩注塑時一體形成，且固定懸掛端設(shè)有與懸 臂連接的接口。 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，在板材連接時采用兩邊反扣的方法來實現(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，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)。這樣會極大提高該裝置在早晨或傍晚太陽光入射角度較小時的采光效率。并且該裝 置在安裝時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)明實施方式一的示意圖。[0015] 圖2為本發(fā)明實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-W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)明實施方式二的示意圖 圖8為本發(fā)明實施方式二采用的一種采光罩的側(cè)視圖 圖9為圖8沿A_A°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；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
具體實施方式以下，結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。(實施方式一 ) 圖1為本發(fā)明實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，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈活設(shè)計，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，在其頂部同時制作一懸掛端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 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272和273連接，變換該連接點272和273的位置可改變 反射鏡25的傾斜角度。[0034] 當(dāng)太陽光以較低的角度入射時，其光線會通過采光罩21照射到反射鏡25上，在安 裝時通過調(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太陽光入射角較小 時采光罩21的采光效率達(dá)到最大。同時由于反射鏡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，反射鏡對大角度的入射光線幾乎沒有影響。這樣本實施例的采光罩結(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，這種結(jié)構(gòu)還可以 大大提高太陽光入射角度較低時的采光效率，延長了照明時間從而更加有效地節(jié)約能源。 如圖1所示，本實施例的散光器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個連接邊31和32先做成 彎曲的形狀，如圖6所示。然后把兩個邊扣合壓緊，此方法不用鉚釘，S卩能使光導(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，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，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，太陽光會照射到采光罩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。(實施方式二 ) 圖7為本發(fā)明實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 傳動裝置265，該齒輪傳動裝置265下端連接一傳動軸262，傳動軸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)有一個反 射鏡25。在傳動軸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，穹頂21頂部設(shè)置一控制盒，該控制盒連接一的齒輪傳動裝 置，該齒輪傳動裝置下端連接一傳動軸，傳動軸的下端頂部設(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26處的軸262連接，且懸掛接
6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)置兩個連接點272,273連接懸臂27與反射鏡25， 該連接點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，其光線會首先通過采光罩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)動裝置，從而帶動轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動，使定位器264和太陽能電池板263始 終在正對太陽的方向。太陽能電池板263用來給控制系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)供電。 反射鏡25上，在安裝時通過調(diào)節(jié)懸臂27的位置和反射鏡25的傾角，可以使早晨 或傍晚時太陽光入射角較小時采光罩28的采光效率達(dá)到最大。同時由于反射鏡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，反射鏡對大角度的入射光線幾乎沒有影 響，這樣本實施例的采光罩結(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，這種結(jié)構(gòu)還可以大大提高太陽光入射角度較低時的采光效率，延長了照明時間 從而更加有效地節(jié)約能源。 本發(fā)明在使用時，當(dāng)太陽光照射到穹頂21的采光罩28上時，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，太陽光會照射到采 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，可以對本發(fā)明做出很多修飾替代和 修改。
權(quán)利要求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，其特征在于懸臂通過旋轉(zhuǎn)裝置連接固定懸掛端上，且懸臂在水平面內(nèi)的角度可以調(diào)節(jié)。
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，該連接通過兩個連接邊反扣壓制而成。
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)。
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在豎直平面內(nèi)的傾斜角度可以調(diào)節(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5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。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5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。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光采集及傳輸裝置，其特征在于穹頂?shù)捻敳吭O(shè)有一控制盒，該控制盒內(nèi)部安裝一電機(jī)，該電機(jī)連接一齒輪傳動裝置，該齒輪傳動裝置下端連接一傳動軸；所述傳動軸上設(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和電機(jī)供電，所述定位器用來探測太陽的入射角度，提供給傳動軸轉(zhuǎn)動的定位信號。
專利摘要本實用新型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的采光效率。在傳動軸上可設(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的采光效率。
文檔編號H02N6/00GK201526896SQ200920164228
公開日2010年7月14日 申請日期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 申請人:劉志東;劉志方