专利名称：一种阳光采集及传导系统的制作方法
技术领域：
本发明有关一种将室外阳光传输至室内的传导系统，主要是一种固定于建筑物上、将阳光直接传导入室内进行照明的阳光采集及传导光系统。
为将阳光引入不能直接采光的室内或者厂房等处，使人感到真实自然的照明，人们发明出一种管式天窗，如美国专利5502935，该专利公开了一种屋顶天窗装置，在屋顶上设有一天窗，在天花板上安装一透光装置，于两者间由一管道传输光线。其工作原理是，光线由屋顶透光装置进入管道，在管道内以数次反射后导入室内。在此技术方案中，屋顶的透光装置是由一穹顶结构的天窗构成。但是，这种结构的天窗只有当正午时才能使阳光有效地进入管道内，而当光线偏斜时，阳光的入射角很低，一方面进入管道内的光线较少，另一方面因为进入管道内光线的反射角度也太小，因此光线会在管道内以小角度进行多次的反射后才能进入室内，光线的强度在多次的反射中被很快地减弱了。而当光线的角度过低时，则不能进入管道而实现阳光的传导。
为克服上述缺陷，该专利申请人又提出另一改进技术方案，该技术方案由美国专利号为5,655,339、发明名称为“具有新式穹顶的管式天窗”所公开。该专利的改进之处是，在穹顶的北侧的外表面的一部份为棱镜，该棱镜表面由多个沿穹顶大圆方向排列的竖槽构成波罗(Porro)全反射棱镜，该棱镜设置于穹顶的北侧。其工作原理是，当太阳光以较低的入射方向照射穹顶时，光线透过偏南侧穹顶面照射在北侧的波罗(Porro)全反射棱镜上，通过该棱镜的全反射光线被反射回穹顶内并进入导光管道内。该技术方案克服了上述原现有技术的缺陷，将所传导的阳光的角度范围扩大了，因此有效地增加了天窗的照明强度和时间。
但由于该照射在穹顶上的光线要透该南侧穹顶才能到达北侧的反射梭，并照射在全反射棱镜上，再由全反射梭镜进行全反射回穹顶内。这样，当光线穿过穹顶南侧的壁而进入穹顶内时，要求穹顶的材料有较高的透光率，而尽量减少光的反射，使光线尽可能地进入穹顶。而当进入穹顶的光线穿过北侧的梭槽进行反射时，又要求穹顶材料具有较大的折射率，从而扩大其全反射的角度范围。由光学的菲涅尔公式可以得知，两者是相互矛盾的，而且当透光材料确定后该折射率和透射率即已被确定。事实上，如该美国专利所采用的透光率高达80％～90％的透光材料，当光线穿过穹顶南侧的壁，照射于北侧的反射棱上时，大部份的光会透过该带有棱槽的北侧的壁，只有极少的部份会实现反射而再次进入穹顶内，其反射效率低。
由于只有当角度位于全反射的临界角之内时才能实现光的全反射，而事实上，当穹顶北侧的棱槽的形状固定后，随着地球的自转和绕太阳的公转，光的入射角度每时每刻都在发生变化，所以很难使得该梭槽形状能对应于满足于所有的光的入射角度，而实现其全反射。
因此，欲实现较好的反射效果，必须对应于每一光线的入射角度，设计不同的槽的形状，而这在实际的工程设计中几乎是不可能实现的，并且加工制造的难度相当地大。因此，该专利中的竖槽采用两级的设计结构，且两级竖槽相互错开，力求达到其能满足各种不同的入射光线的角度的要求。显而易见，就目前的材料以及加工能力的限制，该专利技术的实施效果，是达不到设计者的要求的。基于上述原因，该专利即使可以将角度较低的光线反射入管道内，但其采集阳光的效率同样很低。
本发明的另一目的在于提供一种阳光传导系统，利用光的反射原理，通过简单反射结构，提高传导系统的采光效率，使得光线的采集过程中，实现光线最大化采集。
为实现本发明的目的，本发明采用的一种采光装置，包括有半圆状穹顶，其特征在于，该穹顶的南侧分布有可折射光线的折射棱。所述的折射棱可为沿穹顶大圆内壁或外壁设置的三角形棱，其折射面呈弧形平面。该折射棱最佳沿穹顶大圆水平排列。
本发明还可以采用另一种采光装置，包括有一个透光平面，其特征在于，所述的透光平面的北侧可向上凸设有弧状的反光壁。所述的反光壁可沿透光平面北侧周边设置，其弯曲弧度与透光平面周边曲率相对应。所述的反光壁可由透明或非透明的反光材料构成，在该反光壁的反光表面可覆设有反射膜，以将角度较低的太阳光反射进室内。该反光壁可与透光平面一体成型。该反光壁的侧边可呈抛物线状。
本发明的阳光传导系统，至少包括有一采光装置，该采光装置下连接有导光管道，该导光管道的下端插入室内并连接有散光器，该导光管道的内壁可设有反射膜。
所述阳光传导系统的采光装置，可为一半圆状穹顶，于该穹顶的南侧分布有可折射光线的折射棱。该折射棱为沿穹顶大圆内壁或者外壁设置的三角形棱。该折射棱沿穹顶大圆水平排列。
所述阳光传导系统的采光装置也可为一个透光平面，该透光平面的北侧可向上凸设有弧状的反光壁。该反光壁可沿透光平面北侧周边设置，其弯曲弧度与透光平面曲率圆周边相对应。该反光壁可由透明或者非透明的反光材料构成。于该反光壁上可覆设有反射膜，该反光壁的侧边可呈抛物线状。
所述阳光传导系统的导光管道可由可调管和延伸管组合而成。该导光管道的可调管上可设有可旋转活动的卡扣，通过该卡扣的旋转可改变卡扣上下两部份的夹角。
所述阳光传导系统的散光器的内或外表面为粗糙面。于该散光器内可设有环状灯。
所述阳光传导系统的导光管道上出口端可连接有防雨板，该防雨板设置于屋顶上，所述采光装置可扣合于该防雨板。
本发明的工作过程是，当光线以较低入射角度照射到聚光罩时，必须穿过排布于聚光罩南侧的折射棱，在穿经该折射棱后形成有一折射角，通过对该折射角的确定，即可以确保其阳光的入射线全部进入穹顶的下平面所圈围的范围内，从而进入室内或者进入连接于聚光罩的导光管道内。当光线以较高的入射角照射到聚光罩上时，直接地穿过穹顶状聚光罩顶端的非棱区域，而进入室内或者连接于聚光罩的导光管道中。因此，本发明的带有折射棱的穹顶式阳光采集装置，具有极好的聚光功能，能将照射于穹顶上的各种不同入射角度的光线，通过折射全部收集。另外，本发明的采用折射的原理，入射光线穿过聚光罩的折射棱进入聚光罩内，所以在全部的光的折射的过程中，几乎没有光的损失，大大地提高了采光的效率。因此本发明对于聚光罩的材料要求较低，可以节省制造成本。
而本发明的另一种采光结构，是利用一个设置于透光平面的北则弧状反射壁，该弧状反射壁可沿透光平面的周边垂直向上凸起，而形成一反射面。该反射面可采用强反光材料构成，如镜面或者在该反射壁上覆有反射膜。当阳光的入射角度较低时，光线被该凸起的弧状反射壁阻挡并反射，同样具有聚光的功能。反射线几乎全部会穿过入反射壁前方的透光平面进入室内，或者进入连接于透光平面的管道内再反射入室内。由于反射壁凸立于透光平面的北侧，因此可以不必采用透光材料构成，配合反射壁上的反射面，可以将照射于其上的光线全部反射，而不会有部份光线穿过该反射壁而损失掉。因此，这种结构的采光装置同样具有较高的采光效率。
本发明中采光装置，也可以直接应用于屋顶或者建筑物顶部而作为一种采光天窗使用。特别是在室内天花板上对应该采光天窗处配设有散光器，将采集的光在室内实现均匀发散，可以实现更佳的照明效果本发明的采光装置还可连接于光的传输管道使用。在实现光的高效率的采集的条件下，通过控制光线的入射角度还可以大大地减小光在管道内的反射次数，从而避免了光在管道内传输的过程中强度的衰减，特别是对于冬季早晚时间入射光角度很低时，尤为有效。本发明中的光的传输用的管道内壁可覆设有反射膜，使得光线在管道内的反射过程中减少损失。
本发明的光的传输管道是由调节管和延伸管组成，并且该调节管分为上下两段，两段间由可转动结构连接，可360°自由转动，同时由于可旋转活动面为斜面，可实现在转动同时的角度调节功能。因此，可通过对高度和角度的方便的调节使本发明在不同的安装环境，不同的安装条件下均能实现顺利的安装。
本发明中的散光器具有由粗糙面构成的散光表面，该粗糙表面可以构成无数个不同方向、不同大小的折射表面，这些折射表面将采集来的光线向不同方向发散，使室内达到一种光的均匀发散的效果。
图10 本发明的实施例2的一种结构示意图；图11 本发明的实施例2的另一种结构示意图；图12 本发明的实施例3的结构示意图；图13 本发明实施例4的一种结构示意图；图14 本发明实施例4的另一种结构示意图。
如图1所示，在本实施例中，该采光装置包括有半圆状穹顶11，该穹顶11的南侧111分布有可折射光线的折射棱112。在本实施例中，该折射棱112可具体为沿穹顶11大圆内壁设置的三角形棱，其折射面呈弧形平面。如图2所示，所述的折射棱112也为可沿穹顶11大圆外壁设置的三角形棱，其入射面呈弧形平面。该折射棱112最佳沿穹顶11大圆水平排列。当太阳光从较低方向入射时，入射光穿经穹顶11的南侧111分布的折射棱112折射入穹顶11内。通过对该折射棱112的折射角的确定，即可以确保其阳光的入射线全部进入穹顶11的下平面所圈围的范围内，从而进入室内或者进入连接于穹顶11的导光管道2内。而当光线以较高的入射角照射到穹顶11上时，直接地穿过穹顶11顶端的非棱区域，而进入室内或者连接于穹顶11的导光管道2中。因此，本实施例的采光装置可将照射于穹顶11上的各种不同入射角度的光线，通过折射全部收集。另外，实施例采用折射的原理，入射光线穿过穹顶11的折射棱112进入穹顶11内，所以在全部的光的折射的过程中，几乎没有光的损失，大大地提高了采光的效率。
如图3所示，本实施例的导光管道2由可调管21和延伸管22组合而成。该延伸管22可具有一定锥度，两个可调管21分别套合于延伸管23的两端。
如图5、图6所示，上述导光管道2的可调管21可由两段构成，上段可调管211与下段可调管212之间由可旋转活动的钩扣213连接，该钩扣213的旋转活动面为斜面。该上、下段可调管211、212的斜面的倾斜角度相对应。上段调节管211的钩扣端向外翻卷形成钩扣槽2131，另一段可调管212的钩扣端形成有一扣钩2132，该扣钩2132钩扣于所述的钩扣槽内2131，通过该钩扣213的旋转可改变可调管上、下两段间的夹角。如图7所示为上段可调管211旋转90°后的状态。这样，当屋顶B适合安装采光装置1的位置与室内天花板C上需要安装透光装置的位置不对应时，可通过调节可调管212的上下两段间的夹角，来调整本发明阳光传导系统的采光装置1与透光装置的相对位置，从而适应不同安装环境的需要。
如图8所示，本发明中的的导光管道2下端连接的散光器3的内或外表面为粗糙面构成的散光表面31，该粗糙的散光表面31可以构成无数个不同方向、不同大小的折射表面，这些折射表面将采集来的光线向不同方向发散，整体上达到一种光的均匀发散的效果；另外，散光器可由透明材料制成，光损失很小。如图9所示，在该散光器3内还可设有环状灯4。当阴天或晚上没有太阳光或阳光强度较弱时，可打开该环状灯4对室内进行照明。进一步，该环状灯4可具体设置为光控环形荧光灯，当室内的光强度低于标准值时，该环状灯4自动开启，当光强度高于标准值，自动关闭该环状灯4，从而低消耗、高质量地满足全天候的照明需求。
如图3所示，所述导光管道2的上出口端可连接有防雨板5，该防雨板5设置于屋顶B上，所述采光装置1可扣合于该防雨板5，以在雨雪天气给于保护。
本发明在使用时，导光管道2的一端通过防雨板5连接于屋顶B，另一端固定于室内天花板C，并可通过可调管21与延伸管22的组合调节该导光管道2的高度，并通过可调管21的可旋转钩扣213调节导光管道2两端的相对错开位置，从而把本发明方便安装于实际需要的位置。太阳光照射于屋顶B上的采光装置1上，较高入射角的光线直接地穿过穹顶11顶端的非棱区域，而射入连接于穹顶11的导光管道2中；较低入射角的入射光线穿经穹顶11的南侧111分布的折射棱112折射入穹顶11内的导光管道2中。阳光在导光管道2中通过其内壁的反射膜反射而照射在导光管道2下端连接的散光器3上，从而通过散光器3的粗糙散光表面的散射均匀发散在室内，达到为室内提供照明的目的。
实施例2如图10所示，在本实施例中，实施例1中的采光装置1的穹顶11可直接应用于屋顶或者建筑物顶部而作为一种采光天窗使用。在使用时，该穹顶11可通过防雨板5连接于屋顶B，使透过穹顶11的太阳光通过穹顶11下的通孔直接进入室内。进一步，也可在屋顶通孔的下端天花板C对应位置安装散光器3，利用该散光器3的粗糙散光表面，将穹顶11采集的太阳光均匀发散到室内，达到高质量的采光效果。
如图11所示，本实施例中的穹顶11也可在其开口端直接一体成型出一与屋顶B的连接端114，该连接端114可通过密封直接压于屋顶B上。
本实施例的采光穹顶11的基本结构与效果与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3本实施例的基本结构与实施例1相同，如图12所示，本实施例同样包括有采光装置1，该采光装置1下连接有导光管道2，该导光管道2的下端插入室内并连接有散光器3，该导光管道2的内壁可设有反射膜，其具体结构在此不再赘述。本实施例与实施例1的区别在于，在本实施例中，所述的采光装置1包括一个透光平面12，该透光平面12的北侧可向上凸设有弧状的反光壁13。
如图4所示，该反光壁13可沿透光平面12北侧周边设置，其弯曲弧度与透光平面12周边曲率相对应。该反光壁13可由非透明的反光材料构成。该反光壁13的侧边可呈抛物线状。
在本实施例中，反光壁13采用强反光材料构成，如镜面或者在该反射壁13上覆有反射膜。该反光壁13也可与透光平面12一体成型而成，然后再在该反光壁13的反光表面覆设反射膜。当阳光的入射角度较低时，光线被该凸起的弧状反射壁13阻挡并反射到透光平面12下的透孔中，反射线几乎全部会穿过透光平面12下的透孔进入连接于透光平面12的导光管道2内再反射入室内。由于反射壁13凸立于透光平面12的北侧，因此可以不必采用透光材料构成，配合反射壁13上的反射面，可以将照射于其上的光线全部反射，而不会有部份光线穿过该反射壁13而损失掉。因此，本实施例的采光装置具有较高的采光效率。
实施例4本实施例的采光装置1的基本结构与实施例3相同，均为通过透光平面12和设于该透光平面12的北侧的弧状反光壁13采集不同入射角的太阳光。如图13所示，本实施例与实施例3的区别在于，在本实施例中，采光装置1可直接应用于屋顶或者建筑物顶部而作为一种采光天窗使用，而不需通过导光管道2的再次传导。该采光装置1可通过防雨板5固定于屋顶B的通孔上，其所采集的阳光通过该通孔照射入室内，从而实现室内采光。可进一步在屋顶通孔下端的天花板对应处接设散光器3，通过该散光器3粗糙散光表面31将采集装置1采集的太阳光散射入室内，从而实现高质量的采光效果。
如图14所示，在本实施例中，该采光装置1也可直接一体成型出一与屋顶B的连接端15，该连接端15可直接通过密封将采光装置1固定连接于屋顶B。
由于本实施例的采光装置1的基本结构与实施例3相同，因此，本实施例也同样具有实施例3的采光装置1的有益效果，在此不再赘述。
上述的实施例为本发明的较佳实施方式，仅用于详细说明本发明，而非用于限制本发明。
权利要求
1.一种采光装置，包括有半圆状穹顶，其特征在于，该穹顶的南侧分布有可折射光线的折射棱。
2.根据权利要求1所述的一种采光装置，其特征在于，所述的折射棱为沿穹顶大圆内壁设置的三角形棱，其折射面呈弧形平面。
3.根据权利要求1所述的一种采光装置，其特征在于，所述的折射棱为沿穹顶大圆外壁设置的三角形棱，其入射面呈弧形平面。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种采光装置，其特征在于，所述折射棱最佳沿穹顶大圆水平排列。
5.一种采光装置，包括有一个透光平面，其特征在于，所述的透光平面的北侧可向上凸设有弧状的反光壁。
6.根据权利要求5所述的一种采光装置，其特征在于，所述的反光壁可沿透光平面北侧周边设置，其弯曲弧度与透光平面周边曲率相对应。
7.根据权利要求5或6所述的一种采光装置，其特征在于，所述的反光壁可由非透明的反光材料构成。
8.根据权利要求5所述的一种采光装置，其特征在于，所述的反光壁可与透光平面一体成型。
9.根据权利要求5或8所述的一种采光装置，其特征在于，所述的反光壁可覆设有反射膜。
10.根据权利要求5或6所述的一种采光装置，其特征在于，所述的反光壁的侧边可呈抛物线状。
11.一种采用如权利要求1或5的采光装置的阳光传导系统，至少包括有一采光装置，该采光装置下连接有导光管道，该导光管道的下端插入室内并连接有散光器，其特征在于，所述导光管道的内壁可设有反射膜。
12.根据权利要求11所述的一种阳光传导系统，其特征在于所述的采光装置，可为一半圆状穹顶，于该穹顶的南侧分布有可折射光线的折射棱。
13.根据权利要求12所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述的折射棱为沿穹顶大圆内壁或者外壁设置的三角形棱。
14.根据权利要求12或13所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述折射棱沿穹顶大圆水平排列。
15.根据权利要求11所述的一种阳光传导系统，其特征在于所述的采光装置可为一个透光平面，该透光平面的北侧可向上凸设有弧状的反光壁。
16.根据权利要求15所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述的反光壁可沿透光平面北侧周边设置，其弯曲弧度与透光平面曲率圆周边相对应。
17.根据权利要求15所述的一种阳光传导系统，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构成。
18.根据权利要求1或17所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述的反光壁可覆设有反射膜。
19.根据权利要求15所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述的反光壁的侧边可呈抛物线状。
20.根据权利要求11所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述导光管道由可调管和延伸管组合而成。
21.根据权利要求20所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述导光管道由可调管上可设有可旋转活动的卡扣，通过卡扣的旋转可改变卡扣上下两部份的夹角。
22.根据权利要求11所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述散光器的内或外表面为粗糙面。
23.根据权利要求11所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述导光管道上出口端可连接有防雨板，该防雨板设置于屋顶上，所述采光装置可扣合于该防雨板。
24.根据权利要求11所述的一种阳光传导系统，其特征在于，所述散光器内可设有环状灯。
全文摘要
本发明涉及一种阳光采集及传导系统，其采光装置包括有半圆状穹顶，该穹顶的南侧分布有可折射光线的折射棱；还提供另一种采光装置包括有一个透光平面，该透光平面的北侧可向上凸设有弧状的反光壁。其应用上述采光装置的阳光传导系统，包括有一采光装置，该采光装置下端连接有导光管道，该导光管道的下端插入室内并连接有散光器，该导光管道的内壁可设有反射膜。本发明可利用光的折射原理或反射原理，以其极其简单的结构，提高传导系统的采光面积，增大采集光线的强度；另外，通过对折射角度的合理设计，尽可能地减少光线在管道内的反射次数，减少光线的反射损失，提高光的传导效率。
文档编号F21S11/00GK1399095SQ01120640
公开日2003年2月26日 申请日期2001年7月20日 优先权日2001年7月20日
发明者何鲁敏 申请人:北京亚都科技股份有限公司