專利名稱：一種用于地下室直接照明的陽光輸送機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于照明設備技術領域，涉及一種陽光輸送機，尤其是一種用于地下室直接照明的陽光輸送機，其能夠通過透射式聚光直接利用太陽光進行地下建筑增強照明。
背景技術：
對于地下建筑照明來說，在保護土地的今天，城市地下建筑等地下建筑物越來越普遍。但是在投入正常運行后的照明費用占有使用成本的20%左右。所以不管是從節(jié)能減排方面考慮，還是為了降低使用成本起見，根據(jù)其建筑特征直接利用太陽光進行白天的照明，則是非常理想的一個解決方案，因為一般情況下地下建筑都是建設在空地下方，地面上通常為綠化區(qū)，從而為設計安裝太陽光直接照明系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。但是目前普遍使用的導光管僅直接把與導光管截面積相同的太陽光直接以透射和散射方式輸送到地下建筑進行照明的方法，其亮度和效果遠不能滿足實際需要，從而以至于在白天一般仍然配備適當數(shù)量的照明燈作為補充光源來滿足基本亮度要求。如果有效利用我們研制的陽光輸送機聚光功能來提高太陽光的強度，從而實現(xiàn)地下建筑白天全部采用太陽光直接照明，當然是理想選擇。然而現(xiàn)有技術的聚光型陽光輸送機直接實現(xiàn)增強太陽光地下室照明系統(tǒng)，聚光體采用反射式折面玻璃條組成的線聚光器，在設計施工中不如圓筒型更方便，所以采用點聚光則更合適；另外，聚光后增強到幾倍甚至幾十倍的太陽光直接通過輸光筒進入地下建筑實現(xiàn)照明，因為光太強太集中而使得效果比較差；所以增加相應的散光裝置，以保證增強太陽光照明的最佳效果和高效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種用于地下室直接照明的陽光輸送機，該種輸送機利用配備有極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)的菲涅爾透射式太陽能點聚光器把太陽光匯聚后再調節(jié)成截面呈圓形形狀一束增強型平行太陽光，然后在導光器的引導下，高效率的輸送到地下建筑頂部，再通過散光器變換成更大面積的均勻光直接照射地下室地面，從而實現(xiàn)更高效率的增強型太陽光直接照明。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來解決的這種用于地下室直接照明的陽光輸送機，包括極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)，在所述極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)連接有設置在地面上的對應若干聚光器，所述聚光器的光輸出端連接有導光器的光輸入端，所述導光器伸入至地下室且其光輸出端作為照明面設置在地下室頂棚上。上述聚光器包括喇叭狀的封閉曲面，在封閉曲面的上端面向太陽的敞口上設置有菲涅爾點聚光透鏡，在封閉曲面的底端設置有菲涅爾調光鏡；所述菲涅爾點聚光透鏡、封閉曲面和菲涅爾調光鏡對稱于同一光軸并組成一個整體與極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)中的驅動裝置相連接；所述菲涅爾調光鏡和菲涅爾點聚光透鏡同焦點且安裝于焦點同側；平行太陽光經(jīng)聚光體匯聚提高亮度后再經(jīng)過調光鏡調整光路成為高亮度的一束平行太陽光。
上述的極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)中的太陽光信號采集裝置安裝于菲涅爾點聚光透鏡的平面上且兩者光軸平行，所述太陽光信號采集裝置把太陽光照射方向信息提供給極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)中的單片機。上述導光器包括導光筒、輸光筒，反光體、散光體以及封閉玻璃；其中導光筒和輸光筒直接相連接，且輸光筒前端與聚光器的光輸出端采用油密封性連接；所述輸光筒下端出口處中心對稱安裝有反光體和散光體，其中，散光體為倒扣的碗狀結構，其上端與輸光筒下端出口相通；所述反光體通過連接筋吊裝在所述輸光筒的下端出口處；所述散光體的下端由封閉玻璃封住。上述反光體是反光曲面為指數(shù)曲線沿光軸旋轉形成的反射體；所述散光體是散射曲面為橢圓曲線沿著光軸旋轉所形成的曲面；所述封閉玻璃是與地下室屋頂平面平齊的平板玻璃。上述導光筒和輸光筒為高反射系數(shù)材料的反射曲面，實現(xiàn)聚光后的不同的方向平行太陽光的反射式輸送至地下室頂部，再由反射體反射后，經(jīng)過散光體的部分橢圓曲面直接均勻反射，穿過密封玻璃后在室內空間實現(xiàn)均勻性照明。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果本發(fā)明區(qū)別于目前普遍采用采光筒直接進行地下建筑照明的方法，由于聚光而亮度更強有效解決了亮度小的問題；又直接以反射方式實現(xiàn)空氣中的傳輸照明，從而相對于光導纖維傳輸照明的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)成本大幅度下降。而且針對聚光后進一步優(yōu)化照明效果所采用的二次曲面反射達到更大面積均勻性照明的方法，作為地下建筑的增強型照明光源是最佳選擇；其節(jié)能減排的社會效益更是明顯，具有很大的實用價值。


圖I為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為圖I的B-B剖視圖；圖3為圖I的C-C剖視圖；圖4為圖I的A-A剖視圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述參見圖1-4，該種用于地下室直接照明的陽光輸送機，包括極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)14，該極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)14連接有設置在地面上的若干聚光器1，聚光器I的光輸出端連接有導光器2的光輸入端,導光器2伸入至地下室且其光輸出端作為照明面設置在地下室頂棚上。聚光器I包括喇叭狀的封閉曲面13，在封閉曲面13的上端面向太陽的敞口上設置有菲涅爾點聚光透鏡11，在封閉曲面13的底端設置有菲涅爾調光鏡12 ;菲涅爾點聚光透鏡
11、封閉曲面13和菲涅爾調光鏡12對稱于同一光軸并組成一個整體與極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)14中的驅動裝置相連接；菲涅爾調光鏡12和菲涅爾點聚光透鏡11同焦點且安裝于焦點同側；平行太陽光經(jīng)聚光體11匯聚提高亮度后再經(jīng)過調光鏡12調整光路成為高亮度的一束平行太陽光。所述的極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)14中的太陽光信號采集裝置安裝于菲涅爾點聚光透鏡11的平面上且兩者光軸平行，所述太陽光信號采集裝置把太陽光照射方向信息提供給極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)14中的單片機。
導光器2包括導光筒21、輸光筒24,反光體22、散光體23以及封閉玻璃25 ;其中導光筒21和輸光筒24直接相連接,且輸光筒21前端與聚光器I的光輸出端米用油密封性連接；輸光筒24下端出口處中心對稱安裝有反光體22和散光體23，其中，散光體23為倒扣的碗狀結構，其上端與輸光筒24下端出口相通；反光體22通過連接筋吊裝在輸光筒24的下端出口處。在本發(fā)明的、最佳實施例中，輸光筒24下端處中心對稱安裝的反射反光體22和散光體23分別以三條筋26*3與輸光筒24的下端相連接。散光體23的下端由封閉玻璃25封住。所述反光體22是反光曲面為指數(shù)曲線沿光軸旋轉形成的反射體；散光體23是散射曲面為橢圓曲線沿著光軸旋轉所形成的曲面；封閉玻璃25是與地下室屋頂平面平齊的平板玻璃。導光筒21和輸光筒24為高反射系數(shù)材料的反射曲面，實現(xiàn)聚光后不同方向平行太陽光的反射式輸送到地下室頂部，再由反射體22反射后，經(jīng)過散光體23的部分橢圓曲面直接均勻反射，穿過密封玻璃25后在室內空間實現(xiàn)均勻性照明。最下面的密封玻璃25主要是用來防止灰塵落入反射曲面等而影響反射率并且進一步實現(xiàn)照射太陽光更柔和。上述的極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)14主要是以實現(xiàn)在受光體(隧道、地下室導光筒等)固定不動為特征的條件下，聚光器對太陽光方向的高精度自動轉動跟蹤并把匯聚太陽光始終照射在受光體上的功能；而目前普遍使用于陽光輸送機的光導纖維、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的斯特林熱機、CPV發(fā)電中的聚光光伏電池等作為受光體，都是和太陽能聚光體作為一個整體通過位置移動實現(xiàn)始終接收匯聚太陽光功能的。二者是針對太陽能聚光器實際應用中因為受光體是否固定而專門設計的二種自動跟蹤方法，相互之間無法替代。本發(fā)明的高精度極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)14采用專利號為ZL200910254626. 4的自動跟日系統(tǒng)中太陽光信號采集裝置以及專利號為ZL200910254627. 9的一種高精度跟蹤系統(tǒng)中的太陽光信號采集裝置，保證折面型反射式線性太陽能菲涅爾點聚光透鏡11的開口平面始終處于與太陽光照射的垂直方向，從而使得菲涅爾透鏡最大程度把平行太陽光進行點匯聚的效果；而同樣是菲涅爾調光鏡12安裝于菲涅爾點聚光透鏡11相同光軸上且具有相同的焦點F，所以根據(jù)光路可逆原理，經(jīng)過菲涅爾調光鏡12透射后的太陽光就成為增強的平行太陽光并以圓形截面形式輸出，實現(xiàn)了太陽光強度的增強或者太陽能密度的提高的目標。但是這時候輸出的增強平行太陽光的方向還是隨著時間而變化。為了降低系統(tǒng)成本，采用反射曲面結構的導光鏡(實際上是反射筒21的一部分)將其全部以反射方式導入輸光筒24后，再直接進入地下建筑頂部，因為此時如果直接照射地面，則正對著輸光筒24的直射區(qū)域具有很高亮度而照明效果比較差。所以針對此情況又采用通過反光體22和散光體23的兩次反射，利用增大照射面積并實現(xiàn)均勻散光照射的方法，實現(xiàn)了高效率的增強平行太陽光的均勻性地下室直接照明。這里需要說明的是，在菲涅爾點聚光透鏡11和菲涅爾調光鏡12周圍采用金屬板全密封的結構，以及與導光筒21、輸光筒24以及平板密封玻璃25 一起組成整個光路的密封系統(tǒng),而且聚光器I與導光器2之間采用園骨關節(jié)形油密封方法連接，以確保聚光器跟蹤太陽旋轉過程中整個光路的密封狀態(tài)，防止灰塵進入后粘附于反光板面上而影響太陽光的傳輸效率。
權利要求
1.一種用于地下室直接照明的陽光輸送機，包括極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)(14)，其特征在于，所述極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)(14)連接有設置在地面上對應的若干聚光器(I)，所述聚光器(I)的光輸出端連接有導光器(2)的光輸入端，所述導光器(2)伸入至地下室且其光輸出端作為照明面設置在地下室頂棚上。
2.根據(jù)權利要求I所述的陽光輸送機，其特征在于，所述聚光器(I)包括喇叭狀的封閉曲面(13)，在封閉曲面(13)的上端面向太陽的敞口上設置有菲涅爾點聚光透鏡(11)，在封閉曲面(13)的底端設置有菲涅爾調光鏡(12);所述菲涅爾點聚光透鏡(11)、封閉曲面(13)和菲涅爾調光鏡(12)對稱于同一光軸并組成一個整體與極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)(14)中的驅動裝置相連接；所述菲涅爾調光鏡(12)和菲涅爾點聚光透鏡(11)同焦點同光軸且安裝于焦點同側；平行太陽光經(jīng)菲涅爾點聚光透鏡(11)匯聚提高亮度后再經(jīng)過調光鏡(12)調整光路成為高亮度的一束平行太陽光輸出。
3.根據(jù)權利要求2所述的陽光輸送機，其特征在于，所述的極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)(14)中的太陽光信號采集裝置安裝于菲涅爾點聚光透鏡(11)的平面上且兩者光軸平行，所述太陽光信號采集裝置把太陽光照射方向信息提供給極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)(14)中的單片機。
4.根據(jù)權利要求I所述的陽光輸送機，其特征在于，所述導光器(2)包括導光筒(21)、輸光筒(24)，反光體(22)、散光體(23)以及封閉玻璃(25);其中導光筒(21)和輸光筒(24)直接相連接，且輸光筒(21)前端與聚光器(I)的光輸出端采用油密封性連接；所述輸光筒(24)下端出口處中心對稱安裝有反光體(22)和散光體(23)，其中，散光體(23)為倒扣的碗狀結構，其上端與輸光筒(24)下端出口相通；所述反光體(22)通過連接筋吊裝在所述輸光筒(24)的下端出口處；所述散光體(23)的下端由封閉玻璃(25)密封住。
5.根據(jù)權利要求4所述的陽光輸送機，其特征在于，所述反光體(22)是反光曲面為指數(shù)曲線沿光軸旋轉形成的反射體；所述散光體(23)是散射曲面為橢圓曲線沿著光軸旋轉所形成的曲面；所述封閉玻璃(25)是與地下室屋頂平面平齊的平板玻璃。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的陽光輸送機,其特征在于,所述導光筒(21)和輸光筒(24)為高反射系數(shù)材料的反射曲面，實現(xiàn)聚光后的不同方向的平行太陽光的反射式輸送至地下室頂部，再由反射體(22)反射后，經(jīng)過散光體(23)的部分橢圓曲面直接均勻反射，穿過密封玻璃(25)后在室內空間實現(xiàn)均勻性照明。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于地下室直接照明的陽光輸送機，包括極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)，在極坐標式太陽光自動跟蹤系統(tǒng)連接有設置在地面上的若干聚光器，聚光器的光輸出端連接有導光器的光輸入端，導光器伸入至地下室且其光輸出端作為照明面設置在地下室頂棚上。本發(fā)明區(qū)別于目前普遍采用采光筒直接進行地下建筑照明的方法，由于聚光而亮度更強有效解決了亮度小的問題；又直接以反射方式實現(xiàn)空氣中的傳輸照明，從而相對于光導纖維傳輸照明的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)成本大幅度下降。而且針對聚光后進一步優(yōu)化照明效果所采用的二次曲面反射達到更大面積均勻性照明的方法，作為地下建筑的增強型照明光源是最佳選擇；其節(jié)能減排的社會效益更是明顯，具有很大的實用價值。
文檔編號G05D3/12GK102621992SQ201210087099
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權日2012年3月28日
發(fā)明者劉宏兵, 劉志, 姚娜, 孟惠, 寧鐸, 李宏杰, 王紅鑫, 辛登科 申請人:陜西科技大學