СОЛНЕЧНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F21V33/00 

Изобретение относится к строительству, осветительной и гелиотехнике, в частности к системам регулирования светового потока, и может быть использовано в устройствах, способствующих созданию комфортной световой среды в помещениях и использующих солнечное излучение.

В настоящее время проблема использования экологически чистых, доступных и дешевых источников энергии стоит достаточно остро. Особое место среди таких источников энергии по неисчерпаемости и доступности занимает солнечная энергия. Устройства, используемые в настоящее время для регулирования светового потока в помещениях, требующих дополнительного освещения, являются недостаточно эффективными и удобными вследствие ряда причин. Так, дополнительное естественное освещение таких помещений требует наличия дополнительных приспособлений типа штор, защитных экранов и т.п., обеспечивающих защиту помещения от попадания избыточного потока солнечного излучения, а известные устройства не могут освещать помещения, расположенные с северной стороны здания, и использовать для этой цели солнечное излучение.

Известно осветительное устройство, содержащее источники света, расположенные на равном расстоянии друг от друга и установленные в ряды по отношению друг к другу под углом 90^о, и плоские зеркала, размещенные напротив этих рядов под углом 45^о к оптическим осям источников света и установленные так, что проекция длины каждого зеркала на один из рядов источников света равна половине расстояния между этими источниками света ( авт.св. СССР N 626309, кл. F 21 V 9/02, 1978).

Однако известное устройство использует несколько искусственных источников света, что усложняет его конструкцию и повышает стоимость, не обеспечивает равномерное регулирование освещенности по всему помещению и снижение яркости посылаемого излучения до необходимого уровня при освещении помещения при превышении яркости излучения необходимого уровня и поэтому требует либо регулирования мощности источников света, либо наличия защитных, например шторных, регуляторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности (прототипом) является солнечное осветительное устройство, включающее поворотный экран, закрепленный на нижней горизонтальной стороне обрамления проема и выполненный из двух шарнирно соединенных и последовательно установленных от проема секций, каждая из которых снабжена гелиоприемником с отводящими энергию элементами, с защитным покрытием, размещенным на дальней от проема секции экрана и выполненным в виде оболочки, имеющей форму усеченного сегмента круглого тора из материала с высокоотражающей в инфракрасной области спектра способностью, и механизм поворота экрана с приводом, выполненный в виде телескопических консолей, закрепленных на обрамлении ниже узла крепления экрана, при этом отводящие энергию элементы пропущены через телескопические консоли (авт.св. СССР N 1560723, кл. Е 06 В 9/24, 1990).

Однако известное устройство не регулирует дополнительно подаваемое в помещение солнечное излучение с гелиоприемника, которое может превышать в значительной мере требуемое освещение, например нормальное рабочее освещение (300 лк), особенно в летнее время, может приводить к ослепляющему действию, что требует наличия защитных устройств (присутствия выше расположенного экрана аналогичного устройства и шторного регулятора в светопроеме), и функционирует только при наличии оптического защитного покрытия специальной формы.

Достигаемым техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем регулирования освещенности помещения оптическими элементами.

Технический результат достигается тем, что в солнечном осветительном устройстве, включающем поворотный экран, каждая секция которого снабжена гелиоприемником, и механизм поворота экрана с приводом, каждый гелиоприемник выполнен по крайней мере из двух отражающих элементов, установленных с возможностью зенитально-азимутального поворота относительно оси симметрии соответствующей секции и снабженных по крайней мере одним механизмом выдвижения, а экран выполнен по крайней мере из одной секции, при этом секции размещены симметрично относительно оси симметрии экрана, установленного на опоре.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема солнечного осветительного устройства в различных режимах эксплуатации (А - освещение осуществляют всеми оптическими элементами; Б - одним отведенным оптически элементом; В - двумя отведенными оптическими элементами; Г - тремя отведенными оптическими элементами); на фиг.2 - принципиальная схема механизма выдвижения.

Солнечное осветительное устройство состоит из поворотного экрана 1, установленного на опоре 2, каждая секция 3 которого размещена симметрично относительно оси его симметрии и снабжена гелиоприемником, выполненным из отражающих элементов 4, установленных с возможностью зенитально-азимутального поворота относительно оптической оси соответствующей секции 3 и освещаемого помещения 5 и снабженных механизмом 6 выдвижения, и механизма поворота экрана с приводом 7.

В качестве отражающего элемента 4 применяют плоский элемент, выполненный, например, из алюминиевого сплава АМГ-6 и обработанный оптически по стандартной технологии, например, методом алмазного точения с коэффициентом отражения в видимой области спектра 82-88%. В качестве механизма поворота экрана с приводом применяют широко известные в гелиотехнике механизмы слежения за солнцем (например, авт.св. СССР N 1196621, кл. F 24 J 2/38, 1984), причем редуктор, используемый в механизме поворота экрана с приводом, имеет понижающую передачу и представляет собой, например, реверсивный двигатель с редуктором РД-09-478 (V=127 В, I=0,1 А, i=478, n^об_мин=2,5). Это обусловлено тем, что оптическое сопряжение солнца через плоские отражающие элементы с соответствующими освещаемыми помещениями (фиг.1) возможно только в случае, если экран движется с отставанием в скорости по сравнению со скоростью перемещения солнца, т.е. если в равнодействие солнце с востока на запад перемещается на 180^о, то экран при слежении за солнцем для обеспечения оптического сопряжения с освещаемыми помещениями перемещается только на 90^о. В качестве механизма 6 выдвижения используют механизм, представленный на фиг. 2, где 8 - редуктор РД-09-478, 9 - оптические элементы, 10 - каретка, 11 - юстировочное устройство, 12 - основание, 13 - кулачок редуктора 8.

Принцип работы солнечного осветительного устройства следующий.

Устанавливают экран 1 на опоре 2 в месте, обеспечивающем беспрепятственное освещение оптических элементов 4 солнечным излучением в течение всего светового дня, например на крыше соседнего с северной стороны от освещаемого помещения 5 дома или на открытой площадке.

При уменьшении уровня естественной освещенности помещения 5 ниже определенного уровня, определяемого по датчику освещенности (на фигурах не показан), установленному в освещаемом помещении 5, или визуально, ориентируют секции 3 экрана 1 на солнце так, чтобы оптически сопряженные с освещаемым помещением оптические элементы 4 соответствующей секции 3 излучали в соответствующее помещение 5 дополнительное солнечное излучение (фиг.1,А). При этом дополнительное освещение осуществляют всеми оптическими элементами 4. Тем самым освещенность помещения 5 повышается до более высокого уровня. Для такой ориентации по солнцу датчик слежения (на фигурах не показан) через электронную схему посылает электрический сигнал на механизм поворота экрана с приводом 7, перемещающий экран 1 таким образом в азимутальной и зенитальной плоскостях по направлению к солнцу, чтобы отраженное от оптических элементов 4 каждой секции 3 солнечное излучение попадало в соответствующий световой проем соответствующего освещаемого помещения 5. Как только датчик слежения займет оптимальное к солнцу положение, при котором оптические элементы 4 секций 3 осуществляют отражение солнечного излучения полностью на соответствующие световые проемы соответствующих освещаемых помещений 5, сигнал с датчика слежения перестает поступать на механизм поворота экрана с приводом 7 и экран прекращает перемещение.

При очередном уменьшении уровня освещенности освещаемого помещения в результате изменения положения солнца (его перемещения на запад) и нарушения оптическими элементами 4 оптического сопряжения с освещаемым помещением датчик слежения вновь через электронную схему посылает электрический сигнал на механизм поворота экрана с приводом 7, перемещающий экран 1 таким образом в азимутальной и зенитальной плоскостях по направлению к солнцу, чтобы отраженное от оптических элементов 4 солнечное излучение вновь попадало на соответствующий световой проем освещаемого помещения. Такое перемещение экрана 1 за солнцем осуществляют в течение всего времени, необходимого для подачи дополнительного солнечного излучения к имеющемуся освещению помещения, пока оно является недостаточным или пока не скроется солнце.

Электронная схема, передающая электрический сигнал от светочувствительных элементов (фототранзисторов ФГТ-3-02-0582) датчика слежения на механизм поворота экрана с приводом 7 описан в книге Байера Т. 20 конструкций с солнечными элементами, М.: Мир, 1987, с.162-172.

В случае превышения уровня освещенности освещаемого участка 5 (например, над рабочим освещением 300 лк) осуществляют отклонение одного или нескольких оптических элементов 4 в азимутально-зенитальной плоскости в сторону от оптической оси, соединяющий соответствующй сектор 3 с соответствующим освещаемым помещением 5 с помощью механизма 6 выдвижения. При этом устанавливают с помощью редуктора 8 (фиг.2) кулачок 13 так, чтобы один из периферийных краев оптических элементов 4 приподнимался относительно других участков элемента 4 с помощью юстировочных устройств 11, установленных на каретке 10, перемещаемой в вертикальной относительно основания 12 плоскости с помощью кулачка 13 редуктора 8. Такое отклонение оптических элементов от оптической оси, соединяющей соответствующие сектор 3 и освещаемое помещение 5, может быть осуществлено как для двух оптических элементов 3, как показано на фиг.2 и фиг.1, В, так и для одного оптического элемента (фиг.1, Б) и сразу для трех оптических элементов (фиг.1, Г) и для более оптических элементов в зависимости от количества оптических элементов, соединенных через юстировочные устройства 11 через основание 12 с кулачком 13 редуктора 8.

Такой результат достигают и в случае, если по каким-либо причинам (например, из-за габаритных размеров) нецелесообразно использовать один механизм 6 выдвижения и используют несколько механизмов выдвижения для каждого или нескольких оптических элементов 3.

При таком отклонении от оптической оси в зависимости от необходимого поддержания уровня освещенности в помещении 5 солнечное излучение от оптического элемента или нескольких оптических элементов частично (фиг.1,Б,В,Г или полностью фиг. 1, В) уходит из светопроема помещения 5 таким образом, чтобы обеспечивать в нем необходимый уровень освещенности.

Такое отклонение оптического элемента от оптической оси соответствующих секции 3 и помещения 5 может составлять от нескольких минут до нескольких градусов в зависимости от расстояния от экрана до освещаемого помещения 5 и величины его светопроема. Так, при оптимальном расстоянии от экрана 1 до освещаемого помещения 50-230 м и величине светопроема 2х2 м отклонение излучения оптического элемента от оптической оси, соединяющей экран 1 и помещение 5, составляет от 1' до 3^о-5^о. При этом суммарная площадь оптических элементов при вышеперечисленных условиях и среднем размере освещаемого помещения 5х10х5 м³ в зависимости от уровня естественной освещенности помещения (зимний и летний периоды, облачность) составляет 0,1-0,8 м².

Симметричность расположения секций 3 относительно центра симметрии экрана 1 позволяет более управляемо осуществлять их оптическое сопряжение с соответствующими освещаемыми помещениями 5, расположенными, как правило, также симметрично.

Изобретением достигаются расширение функциональных возможностей устройства путем регулирования освещенности помещения с помощью оптических элементов, регулировка освещенности за счет отклонения излучения или его части от отдельных оптических элементов с помощью механизма выдвижения за пределы светопроема, создаются комфортные и необходимые рабочие условия при освещении помещения за счет поддержания необходимого уровня освещенности регулируемой подачей освещения в них от соответствующих секторов, улучшаются интерьер и эстетичность убранства помещения за счет установки экрана на опоре на расстоянии в удобном месте, а не в обрамлении светопроема.

Изготовлен опытный образец устройства.

Использование: в светотехнике и осветительной гелиотехнике, в частности в системах для получения регулируемого светового потока в устройствах, способствующих созданию комфортной световой среды в помещениях и использующих солнечное излучение. Сущность изобретения: в солнечном осветительном устройстве, включающем поворотный экран 1, каждая секция 3 которого снабжена гелиоприемником, и механизм поворота экрана с приводом 7, каждый гелиоприемник выполнен по крайней мере из двух отражающих элементов 4, установленных с возможностью зенитально-азимутального поворота относительно оси соответствующей секции и снабженных по крайней мере одним механизмом 6 выдвижения, а экран выполнен по крайней мере из одной секции, при этом секции размещены симметрично относительно симметрии экрана, установленного на опоре. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СОЛНЕЧНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, включающее поворотный экран, состоящий из секций, каждая секция экрана снабжена гелиоприемником, и механизм поворота экрана с приводом, отличающееся тем, что поворотный экран установлен на опоре, каждый гелиоприемник выполнен по крайней мере из двух отражающих элементов, каждый отражающий элемент установлен с возможностью зенитально-азимутального поворота относительно оси симметрии соответствующей секции и снабжен по крайней мере одним механизмом выдвижения, а экран выполнен по крайней мере из одной секции. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что секции размещены симметрично относительно оси симметрии экрана.