专利名称：具有多段的天窗准直管的制作方法
具有多段的天窗准直管
I.发明领域本发明通常涉及天窗准直管(skylight collimator)。II.
背景技术：
简言之，管状天窗诸如美国专利号5，896，713和6，035, 593中所提到的那些包括安装在建筑的屋顶和天花板之间的管组件，该两篇美国专利均由与本发明相同的受让人所拥有，且该两篇美国专利均通过引用方式并入本文。管组件的顶端由屋顶安装的盖覆盖，而管组件的底端由天花板安装的扩散板覆盖。利用这种组合，建筑外部的自然光直接通过管组件进入建筑的内部以照明内部。
如其中所理解的，具有垂直边的管以每次都以相同的角度反射的方式反射光，所述角度取决于天空中太阳的高度，且因此全天变化，在控制建筑中光的分布方面限制了扩散器的效率和效力。发明概述本发明认识到，为了优化光通过盖的传播，可以在扩散器上提供准直管，而且准直管不必是镜面的。因此，天窗组件包括天窗管道(skylight shaft)和可操作地与管道接合的准直管组件。准直管组件包括一轴向系列的多个准直管节段。在其中该系列中节段的数量接近无限大的极限情况下，准直管呈现纵向截面的弯曲形状。第一准直管节段相对于准直管组件的轴线限定第一准直角(first collimating angle),后续准直节段分别关于所述轴线限定各自不同的(且较陡峭的)准直角。准直角可以是斜角。准直角(且在极限情况下，组件的曲线)可以通过希望的准直度、期望的角度范围(在该角度范围内阳光进入组件)和准直管入口的直径来确立。在一些实施例中，准直组件包括限定与第一准直角和第二准直角不同的第三准直角的第三准直节段。准直节段可以连续地相对于彼此较小地扩口。上部准直节段可以比下部准直管节段更大地扩口。准直组件的内表面可以是非镜面的。在另一个实施方案中，天窗准直管组件具有限定第一锥角的第一平截头体形状的准直管节段和连接到第一节段并与第一节段同轴的第二平截头体形状的准直管节段。第二节段限定比第一锥角更锐化(more acute)的第二锥角。在另一方面，天窗具有限定上端和下端的天窗管、放置于上端之上并允许光线进入管的天窗盖，和放置于下端之下以从下端接收光线的准直管组件。准直管组件具有非镜面的内表面。扩散器放置于准直管组件的下端之下。在一些实施方案中，组件具有多个准直管节段。参照附图可以最好地理解本发明的关于其结构和操作的细节，其中同样的参考数字指的是同样的部分。附图简述图I是显示准直管的示例环境的示例非限制性管状天窗的部分截面的侧视图；图2是沿着图I中线2-2所见的准直管的剖视图3是显示准直管参数的侧面示意图；图4是可选择的准直管组件的侧面示意图，其中节段的数量接近无限大，有效地确立了纵向尺寸中在一直较陡峭的切线处连续弯曲的准直管；图5是具有圆形至正方形结构的可选的准直管的透视图；图6是显示于图5中的准直管的正视图；和图7是显示于图5中的准直管的俯视图。优选实施方案详述首先参考
图1，显示了根据本发明制造的通常标示为10 的管状天窗，用于利用自然光照明建筑物(通常标示为16)中的具有天花板干墙14的内部房间12。图I显示建筑物16具有屋顶18和支撑屋顶18和天花板干墙14的一个或多个托梁20。如图I所示，天窗10包括坚硬的硬塑料或玻璃屋顶安装的盖21。盖21是光学透过的，且优选是透明的。盖21可以通过环状金属遮雨板22安装于屋顶18，所述环状金属遮雨板22通过本领域中熟知的方法连接于屋顶18。金属遮雨板22可被成角度以适合用于屋顶18的斜面，从而在显示的大体垂直的竖直方向接合并托住盖21。如图I另外显示，内部反射的中空金属管道组件(通常标示为24)与遮雨板22相连接。组件24的截面可以是圆柱形的、矩形的、三角形的，等等。因此，虽然在本文中不时地使用单词“管”，但是应该理解的是本发明的原理不限于管本身。管道组件24伸展至内部房间12的天花板14。按照本发明，管道组件24指引进入管道组件24的光线向下至光线扩散器组件(通常标示为26)，所述光线扩散器组件放置于房间12中并安装于如以上提到的’ 593专利中所描述的天花板14或托梁20。管道组件24可以由金属诸如铝或钢的合金制成，或管道组件24可以由塑料或其它合适的材料制成。管道组件24的内部通过例如电镀、阳极处理、金属化塑料膜涂层或其它合适的方法给予反射。在一个示例实施方案中，管道组件24由单管道确立。然而，如图I所示，如果需要的话，管道组件24可包括多个节段，按照本原理该多个节段中的每个都是内部反射的。特别地，管道组件24可包括与遮雨板22接合并由盖21覆盖的上管道28。同样，如果需要的话，管道组件24可包括与上管道28邻接并在弯部31处相对管道组件24倾斜的中上管道30。而且，管道组件24可包括与中上管道30滑动接合的用于吸收管道组件24中的热应力的中下管道32。并且，准直管状下管道34可以与中下管道32邻接并在弯部35处连接中下管道32，其中下管道34的底部由扩散器组件26覆盖。弯部35对于建筑物16适当地倾斜以便管道组件24连接屋顶安装的盖21与天花板安装的扩散器组件26。应该理解的是在适当的情况下，按照本领域已知的原则，可以机械地固定并用胶带覆盖管道之间的一些接头。如图2所示，更详细地显示了图I中涉及的准直管状下管道34。现在可以理解在非限制性实施方案中准直管状下管道34具有一轴向系列的多个准直管节段。还可以理解的是管道34的每个准直节段从顶部到底部比紧接其之上的准直节段连续较小地向外扩口。图2中所示的准直管状下管道34具有顶部36和底部38。如以上关于图I所述，管道34的顶部36可以与中下管道32邻接地接合。同样如上所述，管道34的底部38可以由扩散器组件26覆盖。准直管的底部也可以保留开放而没有扩散器组件与其接合。
同样如上所述，管道34具有多个准直节段。在一些实施方案中准直节段是平截头圆锥形的。在另外的实施方案中其可呈现其它准直形状，例如，平截头金字塔的。因此，可以存在关于准直管组件34的轴限定第一准直角α !的第一平截头体形状的准直节段40和与节段40连接并关于准直管组件34的轴线限定比第一准直角小的第二准直角α2的第二平截头体形状的准直节段42。而且，在非限制性实施方案中，还可以存在与节段42连接并限定小于第一和第二准直角的第三准直角α 3的第三平截头体形状的准直节段44。还应该理解的是本申请所涉及的每个准直角可以是斜角。按照以下的公开可以提供额外的节段。仍然参照图2，准直节段40比准直节段42更大地扩 口。相似地，在包括第三准直节段44的非限制性实施方案中，准直节段42比第三准直节段44更大地扩口。如果存在多于三个准直节段，每个上面的准直节段可以比其下面的准直节段更大地扩口。最后，由图2还可以理解的是存在准直组件24的内表面46。在非限制性实施方案中，组件34的内表面46被理解为非镜面的。在本受让人的通过引用并入本文的USPN7，146，768和USPP 2006/0191214和USPP2007/0266652中公开了这样的非镜面的表面的示例。简言之，非镜面的内表面可由金属基层、反射膜或膜上粘合剂中的有结构的表面确立。其可以是以下形式凹痕、波纹样式或已知提供例如小于约十度的光线的可控分布的其它形状。利用非镜面的表面提供了所希望的可控的光线分布，例如，自光线的中心反射线小于正或负五度的光线的分布。上述多段式准直管与产生等同性能的单段准直管相比有利地占用了更少的轴向空间。以更具体说明并应理解以下讨论并不意图限制本发明而是提供背景说明的方式，使用了以下术语。参照图3。“SALT” (以度计量)指太阳高度角，与水平面所成的太阳角度，和向下反射到平行壁管的阳光的角度。“TT”(度)指管锥度，距离垂直和/或平行的角度，而“ALT” (以度计量)指锥形壁反射结束后光线的对准角度。这个角度与水平面有关。那么TT = ((ALT) - (SALT)) /2 和 ALT = (2) (TT) + (SALT)本原理可用于提供最优设计以重新排列阳光同时最小化反射材料和准直管的空间的单反射可变锥形管。在示例实施方案中且现参照图3，利用以下公式可确定第一(顶部)节段的尺寸*DIAT0P(英寸)=锥形管的在顶部或光线入口处的直径；*DIATT (英寸)=锥形管的在处于基于以特定的SALT从顶部直径进入锥形管的光线和以特定的ALT需求反射的光线来反射光线的位置的直径；*HTTT (英寸)=锥形管的在相关的DIATT处的高度；那么DIATT= (2) ((DIATOP) (tan SALT))/((1/tan TT) - (tan SALT)) + (DIATOP)HTTT= (DIATT-DIAT0P)/(2tan TT)，其中“TT”是相对垂直轴的管锥度的角度。每个相连的节段直径和高度可由上一节段的值如下确定N是新值，P是上一个值，且AP是从DIATOP至DIATTP直径增加的1/2。那么利用下表的示例确定@35度SALT的准直管的HTTTN, AP将是(13. 64-10. O)/2 = I. 82”。*HTTTN = ((DIATOP+AP) (tan SALTN)- (HTTTP) (tan SALTN)(tan TTN))/I-(tanSALTN)(tan TTN)*DIATTN = DIATTP+(2)(HTTTN-HTTTP)(tan TTN)优选地，在可变锥形管中光线仅经历一次反射以提供所需的对准角度。考虑以上所述，对于从15度至多达55度的光线输入范围(SALT)提供大于或等于55度的对准角度(ALT，如图所示的光线分布的中心线)的可变锥形管可以使用以下尺寸。下表是(SALT)的十度/五个节段的增量。对于这个示例，锥形管开口的顶部直径呈现为十英寸。图4中显示了示例多段式准直管。
权利要求
1.ー种天窗组件，包括 至少ー个天窗管道(24)； 准直管组件(34，100，200)，其与所述管道(24)可操作地接合，所述准直管组件包括一轴向系列的多个准直管节段(40-44，206-210)，至少第一准直管节段(40，206)相对于所述准直管组件的轴线限定第一准直角且第二准直节段(42，208)相对于所述轴线限定与所述第一准直角不同的第二准直角，两个准直角都是斜角。
2.根据权利要求I所述的组件，其中所述准直组件(34，100，200)包括连续地限定各自的与所述第一准直角和所述第二准直角不同的准直角的多于两个准直节段(40-44，206-210)。
3.根据权利要求I所述的组件，其中所述准直节段(40-42,206-210)连续地相对于彼此较小地扩ロ。
4.根据权利要求I所述的组件，其中上面的准直节段(40，206)比下面的准直管节段(42，44，208，210)更大地扩 ロ。
5.根据权利要求I所述的组件，其中所述准直组件(34，100，200)的内表面(46)是非镜面的。
6.根据权利要求I所述的组件，其中所述准直管节段共同限定在纵向尺寸中连续弯曲的准直管组件(100)。
7.根据权利要求I所述的组件，其中所述准直管组件(200)具有圆形的顶部开ロ(202)和直线的底部开ロ(204)。
8.天窗准直管组件(34，100，200)，包括 第一平截头体形状的准直管节段(40，206)，其限定第一锥角；和 第二平截头体形状的准直管节段(42，208)，其连接到所述第一节段并与所述第一节段同轴，所述第二节段限定比所述第一锥角更锐化的第二锥角。
9.根据权利要求8所述的组件，包括连接到所述第二节段(42，208)并与所述第二节段(42，208)同轴的第三平截头体形状的准直管节段(44，210)，所述第三节段限定比所述第二锥角更锐化的第三锥角。
10.根据权利要求9所述的组件，其中所述准直管节段共同限定在纵向尺寸中连续弯曲的准直管组件(100)。
11.根据权利要求8所述的组件，其中所述准直组件的内表面(46)是非镜面的。
12.根据权利要求8所述的组件，其中所述准直管组件(200)具有圆形的顶部开ロ(202)和直线的底部开ロ(204)。
13.天窗，包括 天窗管(24)，其限定上端和下端； 天窗盖(21)，其放置于所述上端之上并允许光线进入所述管(24)； 准直管组件(34，100，200)，其放置于所述下端之下以从所述下端接收光线，所述准直管组件具有非镜面的内表面(46)和至少第一准直管段(40，206);和 扩散器(26)，其放置于所述准直管组件的下端之下。
14.根据权利要求13所述的天窗，其中所述准直管组件的所述第一准直管段(40，206)相对于所述准直管组件的轴线限定第一准直角，且所述准直管组件的第二准直段(42，208)相对于所述轴线限定与所述第一准直角不同的第二准直角，两个准直角都是斜角。
15.根据权利要求13所述的天窗，其中所述准直组件包括限定与所述第一准直角和所述第二准直角不同的第三准直角的第三准直段(44，210)。
16.根据权利要求13所述的天窗，其中所述准直段(40-44,206-210)连续地相对于彼此较小地扩ロ。
17.根据权利要求13所述的天窗，其中上面的准直段(40，206)比下面的准直管段(44,210)更大地扩ロ。
18.根据权利要求13所述的天窗，其中所述准直管组件(100)在纵向尺寸中连续地弯曲。
19.根据权利要求14所述的天窗，其中所述准直管组件(200)具有圆形的顶部开ロ(202)和直线的底部开ロ(204)。
全文摘要
一种非镜面的天窗准直管(34，100，200)从顶部至底部具有至少两个轴向连续的准直管节段(40-44，206-210)，其中所述节段从顶部至底部连续地较小地扩口。天窗扩散器组件(26)通常覆盖底部节段的开口端。
文档编号E04B7/18GK102803627SQ201080027926
公开日2012年11月28日 申请日期2010年4月29日 优先权日2009年6月4日
发明者保罗·雅斯特尔 申请人:索乐图国际公司