專利名稱：一種陽光采集及傳導系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關一種將室外陽光傳輸至室內的傳導系統(tǒng)，主要是一種固定于建筑物上、將陽光直接傳導入室內進行照明的陽光采集及傳導光系統(tǒng)。
為將陽光引入不能直接采光的室內或者廠房等處，使人感到真實自然的照明，人們發(fā)明出一種管式天窗，如美國專利5502935，該專利公開了一種屋頂天窗裝置，在屋頂上設有一天窗，在天花板上安裝一透光裝置，于兩者間由一管道傳輸光線。其工作原理是，光線由屋頂透光裝置進入管道，在管道內以數(shù)次反射后導入室內。在此技術方案中，屋頂?shù)耐腹庋b置是由一穹頂結構的天窗構成。但是，這種結構的天窗只有當正午時才能使陽光有效地進入管道內，而當光線偏斜時，陽光的入射角很低，一方面進入管道內的光線較少，另一方面因為進入管道內光線的反射角度也太小，因此光線會在管道內以小角度進行多次的反射后才能進入室內，光線的強度在多次的反射中被很快地減弱了。而當光線的角度過低時，則不能進入管道而實現(xiàn)陽光的傳導。
為克服上述缺陷，該專利申請人又提出另一改進技術方案，該技術方案由美國專利號為5,655,339、發(fā)明名稱為“具有新式穹頂?shù)墓苁教齑啊彼_。該專利的改進之處是，在穹頂?shù)谋眰鹊耐獗砻娴囊徊糠轂槔忡R，該棱鏡表面由多個沿穹頂大圓方向排列的豎槽構成波羅(Porro)全反射棱鏡，該棱鏡設置于穹頂?shù)谋眰?。其工作原理是，當太陽光以較低的入射方向照射穹頂時，光線透過偏南側穹頂面照射在北側的波羅(Porro)全反射棱鏡上，通過該棱鏡的全反射光線被反射回穹頂內并進入導光管道內。該技術方案克服了上述原現(xiàn)有技術的缺陷，將所傳導的陽光的角度范圍擴大了，因此有效地增加了天窗的照明強度和時間。
但由于該照射在穹頂上的光線要透該南側穹頂才能到達北側的反射梭，并照射在全反射棱鏡上，再由全反射梭鏡進行全反射回穹頂內。這樣，當光線穿過穹頂南側的壁而進入穹頂內時，要求穹頂?shù)牟牧嫌休^高的透光率，而盡量減少光的反射，使光線盡可能地進入穹頂。而當進入穹頂?shù)墓饩€穿過北側的梭槽進行反射時，又要求穹頂材料具有較大的折射率，從而擴大其全反射的角度范圍。由光學的菲涅爾公式可以得知，兩者是相互矛盾的，而且當透光材料確定后該折射率和透射率即已被確定。事實上，如該美國專利所采用的透光率高達80％～90％的透光材料，當光線穿過穹頂南側的壁，照射于北側的反射棱上時，大部份的光會透過該帶有棱槽的北側的壁，只有極少的部份會實現(xiàn)反射而再次進入穹頂內，其反射效率低。
由于只有當角度位于全反射的臨界角之內時才能實現(xiàn)光的全反射，而事實上，當穹頂北側的棱槽的形狀固定后，隨著地球的自轉和繞太陽的公轉，光的入射角度每時每刻都在發(fā)生變化，所以很難使得該梭槽形狀能對應于滿足于所有的光的入射角度，而實現(xiàn)其全反射。
因此，欲實現(xiàn)較好的反射效果，必須對應于每一光線的入射角度，設計不同的槽的形狀，而這在實際的工程設計中幾乎是不可能實現(xiàn)的，并且加工制造的難度相當?shù)卮?。因此，該專利中的豎槽采用兩級的設計結構，且兩級豎槽相互錯開，力求達到其能滿足各種不同的入射光線的角度的要求。顯而易見，就目前的材料以及加工能力的限制，該專利技術的實施效果，是達不到設計者的要求的。基于上述原因，該專利即使可以將角度較低的光線反射入管道內，但其采集陽光的效率同樣很低。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種陽光傳導系統(tǒng)，利用光的反射原理，通過簡單反射結構，提高傳導系統(tǒng)的采光效率，使得光線的采集過程中，實現(xiàn)光線最大化采集。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的一種采光裝置，包括有半圓狀穹頂，其特征在于，該穹頂?shù)哪蟼确植加锌烧凵涔饩€的折射棱。所述的折射棱可為沿穹頂大圓內壁或外壁設置的三角形棱，其折射面呈弧形平面。該折射棱最佳沿穹頂大圓水平排列。
本發(fā)明還可以采用另一種采光裝置，包括有一個透光平面，其特征在于，所述的透光平面的北側可向上凸設有弧狀的反光壁。所述的反光壁可沿透光平面北側周邊設置，其彎曲弧度與透光平面周邊曲率相對應。所述的反光壁可由透明或非透明的反光材料構成，在該反光壁的反光表面可覆設有反射膜，以將角度較低的太陽光反射進室內。該反光壁可與透光平面一體成型。該反光壁的側邊可呈拋物線狀。
本發(fā)明的陽光傳導系統(tǒng)，至少包括有一采光裝置，該采光裝置下連接有導光管道，該導光管道的下端插入室內并連接有散光器，該導光管道的內壁可設有反射膜。
所述陽光傳導系統(tǒng)的采光裝置，可為一半圓狀穹頂，于該穹頂?shù)哪蟼确植加锌烧凵涔饩€的折射棱。該折射棱為沿穹頂大圓內壁或者外壁設置的三角形棱。該折射棱沿穹頂大圓水平排列。
所述陽光傳導系統(tǒng)的采光裝置也可為一個透光平面，該透光平面的北側可向上凸設有弧狀的反光壁。該反光壁可沿透光平面北側周邊設置，其彎曲弧度與透光平面曲率圓周邊相對應。該反光壁可由透明或者非透明的反光材料構成。于該反光壁上可覆設有反射膜，該反光壁的側邊可呈拋物線狀。
所述陽光傳導系統(tǒng)的導光管道可由可調管和延伸管組合而成。該導光管道的可調管上可設有可旋轉活動的卡扣，通過該卡扣的旋轉可改變卡扣上下兩部份的夾角。
所述陽光傳導系統(tǒng)的散光器的內或外表面為粗糙面。于該散光器內可設有環(huán)狀燈。
所述陽光傳導系統(tǒng)的導光管道上出口端可連接有防雨板，該防雨板設置于屋頂上，所述采光裝置可扣合于該防雨板。
本發(fā)明的工作過程是，當光線以較低入射角度照射到聚光罩時，必須穿過排布于聚光罩南側的折射棱，在穿經該折射棱后形成有一折射角，通過對該折射角的確定，即可以確保其陽光的入射線全部進入穹頂?shù)南缕矫嫠姆秶鷥?，從而進入室內或者進入連接于聚光罩的導光管道內。當光線以較高的入射角照射到聚光罩上時，直接地穿過穹頂狀聚光罩頂端的非棱區(qū)域，而進入室內或者連接于聚光罩的導光管道中。因此，本發(fā)明的帶有折射棱的穹頂式陽光采集裝置，具有極好的聚光功能，能將照射于穹頂上的各種不同入射角度的光線，通過折射全部收集。另外，本發(fā)明的采用折射的原理，入射光線穿過聚光罩的折射棱進入聚光罩內，所以在全部的光的折射的過程中，幾乎沒有光的損失，大大地提高了采光的效率。因此本發(fā)明對于聚光罩的材料要求較低，可以節(jié)省制造成本。
而本發(fā)明的另一種采光結構，是利用一個設置于透光平面的北則弧狀反射壁，該弧狀反射壁可沿透光平面的周邊垂直向上凸起，而形成一反射面。該反射面可采用強反光材料構成，如鏡面或者在該反射壁上覆有反射膜。當陽光的入射角度較低時，光線被該凸起的弧狀反射壁阻擋并反射，同樣具有聚光的功能。反射線幾乎全部會穿過入反射壁前方的透光平面進入室內，或者進入連接于透光平面的管道內再反射入室內。由于反射壁凸立于透光平面的北側，因此可以不必采用透光材料構成，配合反射壁上的反射面，可以將照射于其上的光線全部反射，而不會有部份光線穿過該反射壁而損失掉。因此，這種結構的采光裝置同樣具有較高的采光效率。
本發(fā)明中采光裝置，也可以直接應用于屋頂或者建筑物頂部而作為一種采光天窗使用。特別是在室內天花板上對應該采光天窗處配設有散光器，將采集的光在室內實現(xiàn)均勻發(fā)散，可以實現(xiàn)更佳的照明效果本發(fā)明的采光裝置還可連接于光的傳輸管道使用。在實現(xiàn)光的高效率的采集的條件下，通過控制光線的入射角度還可以大大地減小光在管道內的反射次數(shù)，從而避免了光在管道內傳輸?shù)倪^程中強度的衰減，特別是對于冬季早晚時間入射光角度很低時，尤為有效。本發(fā)明中的光的傳輸用的管道內壁可覆設有反射膜，使得光線在管道內的反射過程中減少損失。
本發(fā)明的光的傳輸管道是由調節(jié)管和延伸管組成，并且該調節(jié)管分為上下兩段，兩段間由可轉動結構連接，可360°自由轉動，同時由于可旋轉活動面為斜面，可實現(xiàn)在轉動同時的角度調節(jié)功能。因此，可通過對高度和角度的方便的調節(jié)使本發(fā)明在不同的安裝環(huán)境，不同的安裝條件下均能實現(xiàn)順利的安裝。
本發(fā)明中的散光器具有由粗糙面構成的散光表面，該粗糙表面可以構成無數(shù)個不同方向、不同大小的折射表面，這些折射表面將采集來的光線向不同方向發(fā)散，使室內達到一種光的均勻發(fā)散的效果。


圖10 本發(fā)明的實施例2的一種結構示意圖；圖11 本發(fā)明的實施例2的另一種結構示意圖；圖12 本發(fā)明的實施例3的結構示意圖；圖13 本發(fā)明實施例4的一種結構示意圖；圖14 本發(fā)明實施例4的另一種結構示意圖。
如圖1所示，在本實施例中，該采光裝置包括有半圓狀穹頂11，該穹頂11的南側111分布有可折射光線的折射棱112。在本實施例中，該折射棱112可具體為沿穹頂11大圓內壁設置的三角形棱，其折射面呈弧形平面。如圖2所示，所述的折射棱112也為可沿穹頂11大圓外壁設置的三角形棱，其入射面呈弧形平面。該折射棱112最佳沿穹頂11大圓水平排列。當太陽光從較低方向入射時，入射光穿經穹頂11的南側111分布的折射棱112折射入穹頂11內。通過對該折射棱112的折射角的確定，即可以確保其陽光的入射線全部進入穹頂11的下平面所圈圍的范圍內，從而進入室內或者進入連接于穹頂11的導光管道2內。而當光線以較高的入射角照射到穹頂11上時，直接地穿過穹頂11頂端的非棱區(qū)域，而進入室內或者連接于穹頂11的導光管道2中。因此，本實施例的采光裝置可將照射于穹頂11上的各種不同入射角度的光線，通過折射全部收集。另外，實施例采用折射的原理，入射光線穿過穹頂11的折射棱112進入穹頂11內，所以在全部的光的折射的過程中，幾乎沒有光的損失，大大地提高了采光的效率。
如圖3所示，本實施例的導光管道2由可調管21和延伸管22組合而成。該延伸管22可具有一定錐度，兩個可調管21分別套合于延伸管23的兩端。
如圖5、圖6所示，上述導光管道2的可調管21可由兩段構成，上段可調管211與下段可調管212之間由可旋轉活動的鉤扣213連接，該鉤扣213的旋轉活動面為斜面。該上、下段可調管211、212的斜面的傾斜角度相對應。上段調節(jié)管211的鉤扣端向外翻卷形成鉤扣槽2131，另一段可調管212的鉤扣端形成有一扣鉤2132，該扣鉤2132鉤扣于所述的鉤扣槽內2131，通過該鉤扣213的旋轉可改變可調管上、下兩段間的夾角。如圖7所示為上段可調管211旋轉90°后的狀態(tài)。這樣，當屋頂B適合安裝采光裝置1的位置與室內天花板C上需要安裝透光裝置的位置不對應時，可通過調節(jié)可調管212的上下兩段間的夾角，來調整本發(fā)明陽光傳導系統(tǒng)的采光裝置1與透光裝置的相對位置，從而適應不同安裝環(huán)境的需要。
如圖8所示，本發(fā)明中的的導光管道2下端連接的散光器3的內或外表面為粗糙面構成的散光表面31，該粗糙的散光表面31可以構成無數(shù)個不同方向、不同大小的折射表面，這些折射表面將采集來的光線向不同方向發(fā)散，整體上達到一種光的均勻發(fā)散的效果；另外，散光器可由透明材料制成，光損失很小。如圖9所示，在該散光器3內還可設有環(huán)狀燈4。當陰天或晚上沒有太陽光或陽光強度較弱時，可打開該環(huán)狀燈4對室內進行照明。進一步，該環(huán)狀燈4可具體設置為光控環(huán)形熒光燈，當室內的光強度低于標準值時，該環(huán)狀燈4自動開啟，當光強度高于標準值，自動關閉該環(huán)狀燈4，從而低消耗、高質量地滿足全天候的照明需求。
如圖3所示，所述導光管道2的上出口端可連接有防雨板5，該防雨板5設置于屋頂B上，所述采光裝置1可扣合于該防雨板5，以在雨雪天氣給于保護。
本發(fā)明在使用時，導光管道2的一端通過防雨板5連接于屋頂B，另一端固定于室內天花板C，并可通過可調管21與延伸管22的組合調節(jié)該導光管道2的高度，并通過可調管21的可旋轉鉤扣213調節(jié)導光管道2兩端的相對錯開位置，從而把本發(fā)明方便安裝于實際需要的位置。太陽光照射于屋頂B上的采光裝置1上，較高入射角的光線直接地穿過穹頂11頂端的非棱區(qū)域，而射入連接于穹頂11的導光管道2中；較低入射角的入射光線穿經穹頂11的南側111分布的折射棱112折射入穹頂11內的導光管道2中。陽光在導光管道2中通過其內壁的反射膜反射而照射在導光管道2下端連接的散光器3上，從而通過散光器3的粗糙散光表面的散射均勻發(fā)散在室內，達到為室內提供照明的目的。
實施例2如圖10所示，在本實施例中，實施例1中的采光裝置1的穹頂11可直接應用于屋頂或者建筑物頂部而作為一種采光天窗使用。在使用時，該穹頂11可通過防雨板5連接于屋頂B，使透過穹頂11的太陽光通過穹頂11下的通孔直接進入室內。進一步，也可在屋頂通孔的下端天花板C對應位置安裝散光器3，利用該散光器3的粗糙散光表面，將穹頂11采集的太陽光均勻發(fā)散到室內，達到高質量的采光效果。
如圖11所示，本實施例中的穹頂11也可在其開口端直接一體成型出一與屋頂B的連接端114，該連接端114可通過密封直接壓于屋頂B上。
本實施例的采光穹頂11的基本結構與效果與實施例1相同，在此不再贅述。
實施例3本實施例的基本結構與實施例1相同，如圖12所示，本實施例同樣包括有采光裝置1，該采光裝置1下連接有導光管道2，該導光管道2的下端插入室內并連接有散光器3，該導光管道2的內壁可設有反射膜，其具體結構在此不再贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于，在本實施例中，所述的采光裝置1包括一個透光平面12，該透光平面12的北側可向上凸設有弧狀的反光壁13。
如圖4所示，該反光壁13可沿透光平面12北側周邊設置，其彎曲弧度與透光平面12周邊曲率相對應。該反光壁13可由非透明的反光材料構成。該反光壁13的側邊可呈拋物線狀。
在本實施例中，反光壁13采用強反光材料構成，如鏡面或者在該反射壁13上覆有反射膜。該反光壁13也可與透光平面12一體成型而成，然后再在該反光壁13的反光表面覆設反射膜。當陽光的入射角度較低時，光線被該凸起的弧狀反射壁13阻擋并反射到透光平面12下的透孔中，反射線幾乎全部會穿過透光平面12下的透孔進入連接于透光平面12的導光管道2內再反射入室內。由于反射壁13凸立于透光平面12的北側，因此可以不必采用透光材料構成，配合反射壁13上的反射面，可以將照射于其上的光線全部反射，而不會有部份光線穿過該反射壁13而損失掉。因此，本實施例的采光裝置具有較高的采光效率。
實施例4本實施例的采光裝置1的基本結構與實施例3相同，均為通過透光平面12和設于該透光平面12的北側的弧狀反光壁13采集不同入射角的太陽光。如圖13所示，本實施例與實施例3的區(qū)別在于，在本實施例中，采光裝置1可直接應用于屋頂或者建筑物頂部而作為一種采光天窗使用，而不需通過導光管道2的再次傳導。該采光裝置1可通過防雨板5固定于屋頂B的通孔上，其所采集的陽光通過該通孔照射入室內，從而實現(xiàn)室內采光?？蛇M一步在屋頂通孔下端的天花板對應處接設散光器3，通過該散光器3粗糙散光表面31將采集裝置1采集的太陽光散射入室內，從而實現(xiàn)高質量的采光效果。
如圖14所示，在本實施例中，該采光裝置1也可直接一體成型出一與屋頂B的連接端15，該連接端15可直接通過密封將采光裝置1固定連接于屋頂B。
由于本實施例的采光裝置1的基本結構與實施例3相同，因此，本實施例也同樣具有實施例3的采光裝置1的有益效果，在此不再贅述。
上述的實施例為本發(fā)明的較佳實施方式，僅用于詳細說明本發(fā)明，而非用于限制本發(fā)明。
權利要求
1.一種采光裝置，包括有半圓狀穹頂，其特征在于，該穹頂?shù)哪蟼确植加锌烧凵涔饩€的折射棱。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種采光裝置，其特征在于，所述的折射棱為沿穹頂大圓內壁設置的三角形棱，其折射面呈弧形平面。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種采光裝置，其特征在于，所述的折射棱為沿穹頂大圓外壁設置的三角形棱，其入射面呈弧形平面。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種采光裝置，其特征在于，所述折射棱最佳沿穹頂大圓水平排列。
5.一種采光裝置，包括有一個透光平面，其特征在于，所述的透光平面的北側可向上凸設有弧狀的反光壁。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種采光裝置，其特征在于，所述的反光壁可沿透光平面北側周邊設置，其彎曲弧度與透光平面周邊曲率相對應。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的一種采光裝置，其特征在于，所述的反光壁可由非透明的反光材料構成。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種采光裝置，其特征在于，所述的反光壁可與透光平面一體成型。
9.根據(jù)權利要求5或8所述的一種采光裝置，其特征在于，所述的反光壁可覆設有反射膜。
10.根據(jù)權利要求5或6所述的一種采光裝置，其特征在于，所述的反光壁的側邊可呈拋物線狀。
11.一種采用如權利要求1或5的采光裝置的陽光傳導系統(tǒng)，至少包括有一采光裝置，該采光裝置下連接有導光管道，該導光管道的下端插入室內并連接有散光器，其特征在于，所述導光管道的內壁可設有反射膜。
12.根據(jù)權利要求11所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于所述的采光裝置，可為一半圓狀穹頂，于該穹頂?shù)哪蟼确植加锌烧凵涔饩€的折射棱。
13.根據(jù)權利要求12所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述的折射棱為沿穹頂大圓內壁或者外壁設置的三角形棱。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述折射棱沿穹頂大圓水平排列。
15.根據(jù)權利要求11所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于所述的采光裝置可為一個透光平面，該透光平面的北側可向上凸設有弧狀的反光壁。
16.根據(jù)權利要求15所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述的反光壁可沿透光平面北側周邊設置，其彎曲弧度與透光平面曲率圓周邊相對應。
17.根據(jù)權利要求15所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述的反光壁可由透明或者非透明的反光材料構成。
18.根據(jù)權利要求1或17所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述的反光壁可覆設有反射膜。
19.根據(jù)權利要求15所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述的反光壁的側邊可呈拋物線狀。
20.根據(jù)權利要求11所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述導光管道由可調管和延伸管組合而成。
21.根據(jù)權利要求20所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述導光管道由可調管上可設有可旋轉活動的卡扣，通過卡扣的旋轉可改變卡扣上下兩部份的夾角。
22.根據(jù)權利要求11所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述散光器的內或外表面為粗糙面。
23.根據(jù)權利要求11所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述導光管道上出口端可連接有防雨板，該防雨板設置于屋頂上，所述采光裝置可扣合于該防雨板。
24.根據(jù)權利要求11所述的一種陽光傳導系統(tǒng)，其特征在于，所述散光器內可設有環(huán)狀燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陽光采集及傳導系統(tǒng)，其采光裝置包括有半圓狀穹頂，該穹頂?shù)哪蟼确植加锌烧凵涔饩€的折射棱；還提供另一種采光裝置包括有一個透光平面，該透光平面的北側可向上凸設有弧狀的反光壁。其應用上述采光裝置的陽光傳導系統(tǒng)，包括有一采光裝置，該采光裝置下端連接有導光管道，該導光管道的下端插入室內并連接有散光器，該導光管道的內壁可設有反射膜。本發(fā)明可利用光的折射原理或反射原理，以其極其簡單的結構，提高傳導系統(tǒng)的采光面積，增大采集光線的強度；另外，通過對折射角度的合理設計，盡可能地減少光線在管道內的反射次數(shù)，減少光線的反射損失，提高光的傳導效率。
文檔編號F21S11/00GK1399095SQ01120640
公開日2003年2月26日 申請日期2001年7月20日 優(yōu)先權日2001年7月20日
發(fā)明者何魯敏 申請人:北京亞都科技股份有限公司