专利名称：一种用于地下室直接照明的阳光输送机的制作方法
技术领域：
本发明属于照明设备技术领域，涉及一种阳光输送机，尤其是一种用于地下室直接照明的阳光输送机，其能够通过透射式聚光直接利用太阳光进行地下建筑增强照明。
背景技术：
对于地下建筑照明来说，在保护土地的今天，城市地下建筑等地下建筑物越来越普遍。但是在投入正常运行后的照明费用占有使用成本的20%左右。所以不管是从节能减排方面考虑，还是为了降低使用成本起见，根据其建筑特征直接利用太阳光进行白天的照明，则是非常理想的一个解决方案，因为一般情况下地下建筑都是建设在空地下方，地面上通常为绿化区，从而为设计安装太阳光直接照明系统创造了条件。但是目前普遍使用的导光管仅直接把与导光管截面积相同的太阳光直接以透射和散射方式输送到地下建筑进行照明的方法，其亮度和效果远不能满足实际需要，从而以至于在白天一般仍然配备适当数量的照明灯作为补充光源来满足基本亮度要求。如果有效利用我们研制的阳光输送机聚光功能来提高太阳光的强度，从而实现地下建筑白天全部采用太阳光直接照明，当然是理想选择。然而现有技术的聚光型阳光输送机直接实现增强太阳光地下室照明系统，聚光体采用反射式折面玻璃条组成的线聚光器，在设计施工中不如圆筒型更方便，所以采用点聚光则更合适；另外，聚光后增强到几倍甚至几十倍的太阳光直接通过输光筒进入地下建筑实现照明，因为光太强太集中而使得效果比较差；所以增加相应的散光装置，以保证增强太阳光照明的最佳效果和高效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于地下室直接照明的阳光输送机，该种输送机利用配备有极坐标式太阳光自动跟踪系统的菲涅尔透射式太阳能点聚光器把太阳光汇聚后再调节成截面呈圆形形状一束增强型平行太阳光，然后在导光器的引导下，高效率的输送到地下建筑顶部，再通过散光器变换成更大面积的均匀光直接照射地下室地面，从而实现更高效率的增强型太阳光直接照明。本发明的目的是通过以下技术方案来解决的这种用于地下室直接照明的阳光输送机，包括极坐标式太阳光自动跟踪系统，在所述极坐标式太阳光自动跟踪系统连接有设置在地面上的对应若干聚光器，所述聚光器的光输出端连接有导光器的光输入端，所述导光器伸入至地下室且其光输出端作为照明面设置在地下室顶棚上。上述聚光器包括喇叭状的封闭曲面，在封闭曲面的上端面向太阳的敞口上设置有菲涅尔点聚光透镜，在封闭曲面的底端设置有菲涅尔调光镜；所述菲涅尔点聚光透镜、封闭曲面和菲涅尔调光镜对称于同一光轴并组成一个整体与极坐标式太阳光自动跟踪系统中的驱动装置相连接；所述菲涅尔调光镜和菲涅尔点聚光透镜同焦点且安装于焦点同侧；平行太阳光经聚光体汇聚提高亮度后再经过调光镜调整光路成为高亮度的一束平行太阳光。
上述的极坐标式太阳光自动跟踪系统中的太阳光信号采集装置安装于菲涅尔点聚光透镜的平面上且两者光轴平行，所述太阳光信号采集装置把太阳光照射方向信息提供给极坐标式太阳光自动跟踪系统中的单片机。上述导光器包括导光筒、输光筒，反光体、散光体以及封闭玻璃；其中导光筒和输光筒直接相连接，且输光筒前端与聚光器的光输出端采用油密封性连接；所述输光筒下端出口处中心对称安装有反光体和散光体，其中，散光体为倒扣的碗状结构，其上端与输光筒下端出口相通；所述反光体通过连接筋吊装在所述输光筒的下端出口处；所述散光体的下端由封闭玻璃封住。上述反光体是反光曲面为指数曲线沿光轴旋转形成的反射体；所述散光体是散射曲面为椭圆曲线沿着光轴旋转所形成的曲面；所述封闭玻璃是与地下室屋顶平面平齐的平板玻璃。上述导光筒和输光筒为高反射系数材料的反射曲面，实现聚光后的不同的方向平行太阳光的反射式输送至地下室顶部，再由反射体反射后，经过散光体的部分椭圆曲面直接均匀反射，穿过密封玻璃后在室内空间实现均匀性照明。本发明与现有技术相比，具有以下有益效果本发明区别于目前普遍采用采光筒直接进行地下建筑照明的方法，由于聚光而亮度更强有效解决了亮度小的问题；又直接以反射方式实现空气中的传输照明，从而相对于光导纤维传输照明的系统来说，系统成本大幅度下降。而且针对聚光后进一步优化照明效果所采用的二次曲面反射达到更大面积均匀性照明的方法，作为地下建筑的增强型照明光源是最佳选择；其节能减排的社会效益更是明显，具有很大的实用价值。
图I为本发明的结构示意图；图2为图I的B-B剖视图；图3为图I的C-C剖视图；图4为图I的A-A剖视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述参见图1-4，该种用于地下室直接照明的阳光输送机，包括极坐标式太阳光自动跟踪系统14，该极坐标式太阳光自动跟踪系统14连接有设置在地面上的若干聚光器1，聚光器I的光输出端连接有导光器2的光输入端,导光器2伸入至地下室且其光输出端作为照明面设置在地下室顶棚上。聚光器I包括喇叭状的封闭曲面13，在封闭曲面13的上端面向太阳的敞口上设置有菲涅尔点聚光透镜11，在封闭曲面13的底端设置有菲涅尔调光镜12 ;菲涅尔点聚光透镜
11、封闭曲面13和菲涅尔调光镜12对称于同一光轴并组成一个整体与极坐标式太阳光自动跟踪系统14中的驱动装置相连接；菲涅尔调光镜12和菲涅尔点聚光透镜11同焦点且安装于焦点同侧；平行太阳光经聚光体11汇聚提高亮度后再经过调光镜12调整光路成为高亮度的一束平行太阳光。所述的极坐标式太阳光自动跟踪系统14中的太阳光信号采集装置安装于菲涅尔点聚光透镜11的平面上且两者光轴平行，所述太阳光信号采集装置把太阳光照射方向信息提供给极坐标式太阳光自动跟踪系统14中的单片机。
导光器2包括导光筒21、输光筒24,反光体22、散光体23以及封闭玻璃25 ;其中导光筒21和输光筒24直接相连接,且输光筒21前端与聚光器I的光输出端米用油密封性连接；输光筒24下端出口处中心对称安装有反光体22和散光体23，其中，散光体23为倒扣的碗状结构，其上端与输光筒24下端出口相通；反光体22通过连接筋吊装在输光筒24的下端出口处。在本发明的、最佳实施例中，输光筒24下端处中心对称安装的反射反光体22和散光体23分别以三条筋26*3与输光筒24的下端相连接。散光体23的下端由封闭玻璃25封住。所述反光体22是反光曲面为指数曲线沿光轴旋转形成的反射体；散光体23是散射曲面为椭圆曲线沿着光轴旋转所形成的曲面；封闭玻璃25是与地下室屋顶平面平齐的平板玻璃。导光筒21和输光筒24为高反射系数材料的反射曲面，实现聚光后不同方向平行太阳光的反射式输送到地下室顶部，再由反射体22反射后，经过散光体23的部分椭圆曲面直接均匀反射，穿过密封玻璃25后在室内空间实现均匀性照明。最下面的密封玻璃25主要是用来防止灰尘落入反射曲面等而影响反射率并且进一步实现照射太阳光更柔和。上述的极坐标式太阳光自动跟踪系统14主要是以实现在受光体(隧道、地下室导光筒等)固定不动为特征的条件下，聚光器对太阳光方向的高精度自动转动跟踪并把汇聚太阳光始终照射在受光体上的功能；而目前普遍使用于阳光输送机的光导纤维、太阳能热发电系统的斯特林热机、CPV发电中的聚光光伏电池等作为受光体，都是和太阳能聚光体作为一个整体通过位置移动实现始终接收汇聚太阳光功能的。二者是针对太阳能聚光器实际应用中因为受光体是否固定而专门设计的二种自动跟踪方法，相互之间无法替代。本发明的高精度极坐标式太阳光自动跟踪系统14采用专利号为ZL200910254626. 4的自动跟日系统中太阳光信号采集装置以及专利号为ZL200910254627. 9的一种高精度跟踪系统中的太阳光信号采集装置，保证折面型反射式线性太阳能菲涅尔点聚光透镜11的开口平面始终处于与太阳光照射的垂直方向，从而使得菲涅尔透镜最大程度把平行太阳光进行点汇聚的效果；而同样是菲涅尔调光镜12安装于菲涅尔点聚光透镜11相同光轴上且具有相同的焦点F，所以根据光路可逆原理，经过菲涅尔调光镜12透射后的太阳光就成为增强的平行太阳光并以圆形截面形式输出，实现了太阳光强度的增强或者太阳能密度的提高的目标。但是这时候输出的增强平行太阳光的方向还是随着时间而变化。为了降低系统成本，采用反射曲面结构的导光镜(实际上是反射筒21的一部分)将其全部以反射方式导入输光筒24后，再直接进入地下建筑顶部，因为此时如果直接照射地面，则正对着输光筒24的直射区域具有很高亮度而照明效果比较差。所以针对此情况又采用通过反光体22和散光体23的两次反射，利用增大照射面积并实现均匀散光照射的方法，实现了高效率的增强平行太阳光的均匀性地下室直接照明。这里需要说明的是，在菲涅尔点聚光透镜11和菲涅尔调光镜12周围采用金属板全密封的结构，以及与导光筒21、输光筒24以及平板密封玻璃25 一起组成整个光路的密封系统,而且聚光器I与导光器2之间采用园骨关节形油密封方法连接，以确保聚光器跟踪太阳旋转过程中整个光路的密封状态，防止灰尘进入后粘附于反光板面上而影响太阳光的传输效率。
权利要求
1.一种用于地下室直接照明的阳光输送机，包括极坐标式太阳光自动跟踪系统(14)，其特征在于，所述极坐标式太阳光自动跟踪系统(14)连接有设置在地面上对应的若干聚光器(I)，所述聚光器(I)的光输出端连接有导光器(2)的光输入端，所述导光器(2)伸入至地下室且其光输出端作为照明面设置在地下室顶棚上。
2.根据权利要求I所述的阳光输送机，其特征在于，所述聚光器(I)包括喇叭状的封闭曲面(13)，在封闭曲面(13)的上端面向太阳的敞口上设置有菲涅尔点聚光透镜(11)，在封闭曲面(13)的底端设置有菲涅尔调光镜(12);所述菲涅尔点聚光透镜(11)、封闭曲面(13)和菲涅尔调光镜(12)对称于同一光轴并组成一个整体与极坐标式太阳光自动跟踪系统(14)中的驱动装置相连接；所述菲涅尔调光镜(12)和菲涅尔点聚光透镜(11)同焦点同光轴且安装于焦点同侧；平行太阳光经菲涅尔点聚光透镜(11)汇聚提高亮度后再经过调光镜(12)调整光路成为高亮度的一束平行太阳光输出。
3.根据权利要求2所述的阳光输送机，其特征在于，所述的极坐标式太阳光自动跟踪系统(14)中的太阳光信号采集装置安装于菲涅尔点聚光透镜(11)的平面上且两者光轴平行，所述太阳光信号采集装置把太阳光照射方向信息提供给极坐标式太阳光自动跟踪系统(14)中的单片机。
4.根据权利要求I所述的阳光输送机，其特征在于，所述导光器(2)包括导光筒(21)、输光筒(24)，反光体(22)、散光体(23)以及封闭玻璃(25);其中导光筒(21)和输光筒(24)直接相连接，且输光筒(21)前端与聚光器(I)的光输出端采用油密封性连接；所述输光筒(24)下端出口处中心对称安装有反光体(22)和散光体(23)，其中，散光体(23)为倒扣的碗状结构，其上端与输光筒(24)下端出口相通；所述反光体(22)通过连接筋吊装在所述输光筒(24)的下端出口处；所述散光体(23)的下端由封闭玻璃(25)密封住。
5.根据权利要求4所述的阳光输送机，其特征在于，所述反光体(22)是反光曲面为指数曲线沿光轴旋转形成的反射体；所述散光体(23)是散射曲面为椭圆曲线沿着光轴旋转所形成的曲面；所述封闭玻璃(25)是与地下室屋顶平面平齐的平板玻璃。
6.根据权利要求4或5所述的阳光输送机,其特征在于,所述导光筒(21)和输光筒(24)为高反射系数材料的反射曲面，实现聚光后的不同方向的平行太阳光的反射式输送至地下室顶部，再由反射体(22)反射后，经过散光体(23)的部分椭圆曲面直接均匀反射，穿过密封玻璃(25)后在室内空间实现均匀性照明。
全文摘要
本发明公开了一种用于地下室直接照明的阳光输送机，包括极坐标式太阳光自动跟踪系统，在极坐标式太阳光自动跟踪系统连接有设置在地面上的若干聚光器，聚光器的光输出端连接有导光器的光输入端，导光器伸入至地下室且其光输出端作为照明面设置在地下室顶棚上。本发明区别于目前普遍采用采光筒直接进行地下建筑照明的方法，由于聚光而亮度更强有效解决了亮度小的问题；又直接以反射方式实现空气中的传输照明，从而相对于光导纤维传输照明的系统来说，系统成本大幅度下降。而且针对聚光后进一步优化照明效果所采用的二次曲面反射达到更大面积均匀性照明的方法，作为地下建筑的增强型照明光源是最佳选择；其节能减排的社会效益更是明显，具有很大的实用价值。
文档编号G05D3/12GK102621992SQ201210087099
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者刘宏兵, 刘志, 姚娜, 孟惠, 宁铎, 李宏杰, 王红鑫, 辛登科 申请人:陕西科技大学