Устройство передачи естественного света Российский патент 2024 года по МПК E04D13/03 

Изобретение относится к устройствам для направленной передачи естественного солнечного света во внутренние пространства зданий и сооружений.

Известна «Система естественного освещения» - патент РФ на полезную модель № 135674 C1, МПК E04B 7/18, 20.12.2013 Бюл. №35, содержащая прозрачный купол, металлический световод в виде трубы с отражающими внутренними стенками, кольцевой зазор, фартук, нижнюю крышку и расположенный во внутренней части световода термобарьер, который выполнен в виде многослойного элемента из прозрачных дисков с площадкой для установки уплотнителя по торцу диска.

К недостаткам данного технического решения можно отнести низкие эксплуатационные характеристики, связанные с тем, что конструкция системы имеет «мостика холода» в виде стенок металлического световода, так как термобарьер устанавливается во внутренней его части. Металлический световод беспрепятственно пропускает холод/тепло, в результате этого, как на поверхности прозрачного купола, так и на самом термобарьере образуется конденсат, и работа системы естественного освещения нарушается. В связи с чем устройство необходимо периодически демонтировать и очищать поскольку уменьшается проникновение световых лучей.

Известно другое конструктивное решение - прототип, смотри патент РФ на полезную модель №204948 от 21.06.2021 г. бюл. № 18 «Устройство естественного освещения», содержащее зеркальный тубус, выполненный с возможностью установки его на кровле, с закрепленным в его верхней части прозрачной герметичной крышкой, при этом верхняя часть зеркального тубуса имеет срез, расположенный под углом 20-25° к плоскости, перпендикулярной оси симметрии зеркального тубуса, а прозрачная герметичная крышка имеет форму эллипса и размещается в плоскости среза.

К недостаткам прототипа можно отнести низкие эксплуатационные характеристики, связанные с конструкцией термобарьера, так как термобарьер не является самостоятельным узлом конструкции, а устанавливается во внутреннем пространстве металлического зеркального тубуса, стенки которого являются «мостиком холода» и способствуют образованию конденсата. Так по «мостику холода» холод из одной зоны с низкой температурой свободно перемещается в зону с более высокой образуя конденсат в устройстве передачи естественного света. При этом, установка термобарьера в зеркальный тубус уменьшает площадь его поперечного сечения в месте установки термобарьера, что уменьшает передаваемый поток света.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков аналога и прототипа, а именно создание надежной конструкции устройства передачи естественного света обеспечивающей предотвращение образование конденсата, конструкции с улучшенными теплоизоляционными характеристиками исключающей «мостик холода», с высокими эксплуатационными характеристиками, заключающимися в обеспечении непрерывной работы вне зависимости от времени года, при одновременном сохранении площади поперечного сечения зеркального тубуса в месте установки термобарьера для исключения потерь передаваемого светового потока.

Поставленный предлагаемым изобретением технический результат достигается известными с прототипом признаками, содержащими корпус со скошенной верхней частью с прозрачной крышкой и установленным внутри него зеркальным тубусом с рассеивателем и с термобарьером выполненным из двух прозрачных дисков, с воздушной прослойкой между ними и новыми признаками, заключающимися в том, что термобарьер выполнен в виде разделительного узла, монтируемого между частями зеркального тубуса, оснащен фланцами: верхним и нижним, фиксирующими между собой по меньшей мере два прозрачных диска и стянутых пластиковыми элементами крепления, при этом, прозрачные диски выполнены диаметром от 1,02 до 1,15 величины наружного диаметра зеркального тубуса и герметично соединены между собой посредством гибкой дистанционно-распорной ленты, смонтированной по периметру дисков в виде замкнутого кольца формирующего воздушную прослойку в виде герметичной воздушной камеры, а корпус в верхней части оснащен по меньшей мере одним вентиляционным отверстием.

Вентиляционное отверстие выполнено в виде отверстия с отводом, смонтированным с внутренней стороны корпуса и направленным вверх, при этом угол наклона отвода относительно вертикальной стенки корпуса составляет от 20 до 70 градусов.

Корпус выполнен в виде цилиндра или по меньшей мере трехгранной полой призмы.

Прозрачная крышка выполнена в виде эллипса или многоугольника с по меньшей мере тремя углами и расположена поверх скошенной верхней части корпуса и снабжена фиксирующей рамкой Г-образного профиля.

Корпус оснащен кровельным узлом с отбортовкой наружу и установочным элементом - выполненными по форме корпуса, при этом высота кровельного узла составляет не менее 1/4 наименьшей высоты корпуса.

Фланцы снабжены шейкой с отверстиями или с, по меньшей мере, тремя равноудаленными друг от друга сегментами полого цилиндра с отверстиями для крепления к зеркальному тубусу, внутренний радиус которых равен радиусу внутреннего отверстия фланца.

Корпус дополнительно закреплен на зеркальном тубусе посредством дистанционной рамки или двухкамерных элементов крепления.

Высота герметичной воздушной камеры равна высоте дистанционно-распорной ленты и составляет от 6 до 20 мм.

Верхняя часть корпуса скошена под углом 15-60 градусов к горизонтали.

Новизной является выполнение термобарьера в виде разделительного узла, монтируемого между частями зеркального тубуса, оснащен фланцами: верхним и нижним, фиксирующими между собой по меньшей мере два прозрачных диска и стянутых пластиковыми элементами крепления, при этом, прозрачные диски выполнены диаметром от 1,02 до 1,15 величины наружного диаметра зеркального тубуса и герметично соединены между собой посредством гибкой дистанционно-распорной ленты, смонтированной по периметру дисков в виде замкнутого кольца формирующего воздушную прослойку в виде герметичной воздушной камеры, а корпус в верхней части оснащен по меньшей мере одним вентиляционным отверстием.

Признак выполнения термобарьера в виде разделительного узла, монтируемого между частями зеркального тубуса, оснащенного фланцами: верхним и нижним, фиксирующими между собой по меньшей мере два прозрачных диска и стянутых пластиковыми элементами крепления обеспечивает дополнительное прижатие прозрачных дисков друг к другу, устраняя возможность их расслоения и разгерметизации в процессе эксплуатации под воздействием разных температур, сохраняет герметичность воздушных камер за счет надежной их фиксации элементами крепления. Выполнение стягивающих элементов крепления из пластика обеспечивает хорошую термоизоляцию и предотвращает прохождение холода по ним, что обеспечивает конструкцию надежным разделением частей зеркального тубуса с разной температурной зоной, а выполнение термобарьера в виде разделительного узла полностью исключается «мостик холода» в виде стенок зеркального тубуса как, например, в аналоге и прототипе. Таким образом указанные признаки предотвращают образование конденсата, так как обеспечивают разделение зеркального корпуса на две различные температурные зоны: верхней зоны - с температурой воздуха снаружи помещения, нижней зоны - с температурой воздуха внутри помещения при помощи третьей промежуточной температурной зоны в виде термобарьера.

Признак выполнения прозрачных дисков диаметром от 1,02 до 1,15 величины наружного диаметра зеркального тубуса обеспечивает сохранение площади поперечного сечения зеркального корпуса в месте установки термобарьера, не уменьшая при этом диаметр тубуса для передачи светового потока в местах присоединения зеркального тубуса к термобарьеру, поскольку лента находится за пределами внутреннего диметра зеркального тубуса.

Признак герметичного соединения прозрачных дисков между собой посредством гибкой дистанционно-распорной ленты, смонтированной по периметру дисков в виде замкнутого кольца формирующего воздушную прослойку в виде герметичной воздушной камеры, обеспечивает образование герметичного замкнутого пространства между прозрачными дисками, обеспечивающего низкую теплопроводность. Так, например, выполнение термобарьера просто с прослойками воздуха - это монтаж прозрачных дисков с уплотнителем на расстоянии друг от друга или рядом с минимальным зазором между ними, при этом отсутствует герметичность. В процессе эксплуатации, при перепадах температур возникает подсасывание, меняется влажность воздуха и ухудшаются теплоизоляционные свойства термобарьера, а при его установке в зеркальном тубусе все равно происходит образование конденсата. Таким образом, именно наличие герметичной воздушной камеры улучшает теплоизоляционные характеристики термобарьера. Выполнение герметизации гибкой дистанционно-распорной лентой исключает возможность подсоса воздуха между прозрачными дисками при изменении температуры во время эксплуатации.

Оснащение корпуса в верхней части по меньшей мере одним вентиляционным отверстием обеспечивает необходимую вентиляцию и отвод образующейся влаги в верхней части устройства между корпусом и зеркальным тубусом. Предотвращает образование конденсата на зеркальной поверхности тубуса и прозрачной крышке.

Признак выполнения вентиляционного отверстия в виде отверстия с отводом, смонтированным с внутренней стороны корпуса и направленным вверх, с угол наклона отвода относительно вертикальной стенки корпуса от 20 до 70 градусов, способствует дополнительной защите устройства от попадания осадков, частичек мусора и пыли при косом дожде и ветре. При этом, если угол наклона отвода будет выполнен менее 20 градусов, то возможно попадание дождя и мусора в полость между корпусом и зеркальным тубусом. Если угол наклона отвода выполнить более, чем 70 градусов, то это уже никаким образом не влияет на защиту от осадков, но сложно в изготовлении. Поэтому выполнять угол наклона отвода более 70 градусов нецелесообразно.

Признак выполнения корпуса в виде цилиндра или по меньшей мере трехгранной полой призмы способствует надежности конструкции, так форма цилиндра проста в изготовлении, а выполнение корпуса в виде по меньшей мере трехгранной полой призмы способствует устойчивости конструкции при ветровых нагрузках, поскольку такое конструктивное решение выполнения корпуса формирует ребра жесткости.

Признак выполнения прозрачной крышки в виде эллипса или многоугольника с по меньшей мере тремя углами, расположенной поверх скошенной верхней части корпуса и закрепленной посредством фиксирующей рамки Г-образного профиля способствует надежному креплению крышки, предотвращая ее отслоение и отрыв при смене температур и под воздействием ветровых нагрузок.

Признак оснащения корпуса кровельным узлом с отбортовкой наружу и установочным элементом - выполненными по форме корпуса, при этом высота кровельного узла составляет не менее 1/4 наименьшей высоты корпуса, способствует предотвращению попадания влаги в пространство между корпусом и зеркальным тубусом. Также способствует более надежному креплению корпуса устройства поверх кровельного узла. Так как выполнение высоты кровельного узла менее 1/4 не усилит надежность крепления.

Признак снабжения фланцев шейкой с отверстиями или с, по меньшей мере, тремя равноудаленными друг от друга сегментами полого цилиндра с отверстиями для крепления к зеркальному тубусу, внутренний радиус которых равен радиусу внутреннего отверстия фланца способствует быстрой, удобной и надежной установке термобарьера между частями зеркального тубуса. Признак выполнения выступов в виде сегментов полого цилиндра, радиус которых равен радиусу внутреннего отверстия фланца является альтернативным вариантом крепления термобарьера к зеркальному корпусу, способствует уменьшению металлоемкости конструкции и ее облегчению.

Признак дополнительного закрепления корпуса на зеркальном тубусе посредством дистанционной рамки или двухкамерных элементов крепления способствует более надежному креплению корпуса к зеркальному тубусу сохраняя целостность и герметичность конструкции во время эксплуатации устройства.

Признак выполнения герметичной воздушной камеры по высоте равной высоте дистанционно-распорной ленты и составляющей от 6 до 20 мм способствует возможности изготовления формирования различных по высоте воздушных прослоек в зависимости от климата. Так, в северных регионах высота воздушной прослойки может составлять до 20 мм. В случае установки трех прозрачных дисков воздушные прослойки могут быть как одинаковые, так и разные по высоте.

Признак выполнения верхней части корпуса скошенной под углом 15-60 градусов к горизонтали способствует соскальзыванию и скатыванию осадков и пыли с мусором с поверхности прозрачной крышки. Угол менее 15 градусов будет уже не так эффективен, а выполнение угла более 60 градусов не целесообразно так как внутренняя часть зеркального тубуса будет отражать часть света наружу, а не во внутрь.

Таким образом, именно сочетание всех вышеуказанных признаков обеспечивает достижение поставленного технического результата: создание надежной конструкции устройства передачи естественного света обеспечивающей предотвращение образование конденсата с улучшенными теплоизоляционными характеристиками исключающей «мостик холода», с высокими эксплуатационными характеристиками, заключающимися в обеспечении непрерывной работы вне зависимости от времени года, при одновременном сохранении площади поперечного сечения зеркального тубуса в месте установки термобарьера для исключения потерь передаваемого светового потока.

Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники, не вытекает из него явным образом и позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки и их сочетание можно признать соответствующими критерию - изобретательский уровень.

Согласно проведенных патентно-информационных исследований, сочетания известных и новых признаков предлагаемого изобретения в источниках патентной и научно - технической информации не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Описание осуществления предлагаемого изобретения и проведенные опытные работы позволяют отнести предлагаемое изобретение к промышленно выполнимым.

На фиг. 1 схематично показан общий вид устройства.

На фиг. 2 схематично показан угол скоса верхней части к горизонтали на корпусе цилиндрической формы с прозрачной крышкой в виде эллипса.

На фиг. 3 схематично показан вариант выполнения корпуса устройства в виде трехгранной полой призмы с прозрачной крышкой в виде многоугольника с тремя углами.

На фиг. 4 схематично показан вариант выполнения корпуса устройства в виде шестигранной полой призмы, с соответствующей прозрачной крышкой в виде многоугольника с шестью углами.

На фиг. 5 изображен термобарьер с двумя одинаковыми по высоте герметичными воздушными камерами и фланцами с шейкой.

На фиг. 6 схематично показан термобарьер с одной герметичной воздушной камерой.

На фиг. 7 схематично показан термобарьер с двумя разными по высоте герметичными воздушными камерами.

На фиг. 8 схематично показан термобарьер с одной герметичной воздушной камерой и фланцами с сегментами полого цилиндра с отверстиями для крепления к зеркальному тубусу.

Устройство передачи естественного света состоит из металлического корпуса 1 со скошенной верхней частью под углом к горизонтали равным 45° с прозрачной крышкой 2 в виде многоугольника с шестью углами см. фиг. 1 и фиг. 4. с фиксирующей рамкой 3, установленным внутри корпуса 1 зеркальным тубусом 4 со смонтированным между частями зеркального тубуса термобарьером 5 выполненным в виде разделительного узла. При этом, термобарьер оснащен фланцами 6 с шейкой 7 или с, по меньшей мере, тремя равноудаленными друг от друга сегментами 8 полого цилиндра с отверстиями 9 для крепления к зеркальному тубусу 4. Между фланцами 6 расположены два прозрачных диска 10 выполненные из акрилового стекла (или закаленного триплекса, или их комбинации), с герметичной воздушной камерой 11 между ними, образованной посредством закрепленной по периметру дисков гибкой дистанционно-распорной ленты 12. При этом фланцы стянуты между собой пластиковыми элементами крепления - болтом 13 и гайкой 14, а в верхней части корпуса 1 выполнено вентиляционное отверстие 15 с отводом 16. Корпус выполнен в виде в виде шестигранной полой призмы 17 - см. общий вид устройства и фиг. 4 или в виде цилиндра 18, или в виде по меньшей мере трехгранной призмы. Вариант исполнения с корпуса 1 в виде трехгранной полой призмы 19 с крышкой 20 в виде многоугольника с тремя углами см. фиг. 3 или корпуса 1 в виде цилиндра 21 с прозрачной крышкой 22 в виде эллипса см. фиг. 2. Корпус 1 оснащен кровельным узлом 23 с отбортовкой 24 наружу и установочным элементом 25 - выполненными по форме корпуса. Корпус 1 дополнительно закреплен на зеркальном тубусе 4 посредством дистанционной рамки 26 или двухкамерных элементов крепления (не показаны), а зеркальный тубус 4 снабжен рассеивателем 27.

Устройство собирается следующим образом:

Первоначально в кровле помещения или сооружения в перекрытиях готовят отверстия в соответствии с проектным решением куда устанавливают кровельный узел 23 с отбортовкой 24 и с установочным элементом 25 выполненными по форме корпуса 1. Далее, в случае если применяется сборный зеркальный тубус 4, то его предварительно собирают из отдельных сегментов, соединяя между собой зеркальными муфтами (на фиг. не показаны), после чего устанавливают в приготовленном отверстии и фиксируют посредством кровельного узла. После установки зеркального тубуса 4 выполняют монтаж корпуса 1 устанавливая его сверху на кровельный узел и опуская до контакта с отбортовкой 24. При этом термобарьер устанавливают между частями зеркального тубуса 4 в районе потолочной панели или над ней и стягивают фланцы 6 между собой посредством пластиковых болтов 13 и пластиковых гаек 14, исключая при этом «мостик холода». В нижней части зеркального тубуса 4 закрепляют рассеиваетель 27, после чего устройство готово к эксплуатации.

Устройство работает следующим образом.

Солнечный свет проходит через крышку и переотражается от плоскости зеркального тубуса 4. Во все время светового дня рассеиватель обеспечивает равномерное распределение света в помещение. При этом во время эксплуатации, особенно при резком изменении температуры возникает разность температур внутри зеркального тубуса 4, а термобарьер 5 исключает возможность образования конденсата, поскольку отсутствие «мостика холода» и наличия по меньшей мере одной герметичной воздушной камеры, в зависимости от климата в регионе установки устройства, обеспечивают хорошую теплоизоляцию и низкую теплопроводность. При этом, выполнение в верхней части корпуса 1 по меньшей мере одного отверстия с отводом не только обеспечивает необходимую вентиляцию и отвод образующейся влаги в верхней части устройства между корпусом и зеркальным тубусом, но и защищает от попадания осадков и мусора при косом дожде или ветре. Тем самым предотвращает образование конденсата на зеркальной поверхности тубуса и прозрачной крышке, что в совокупности с улучшает эксплуатационные характеристики устройства, так как обеспечивает непрерывную работу вне зависимости от времени года, при одновременном сохранении площади поперечного сечения зеркального тубуса в месте установки термобарьера, поскольку прозрачные диски по диаметру выполнены больше диаметра зеркального тубуса и дистанционно-распорная лента не мешает передаче светового потока. Например, в аналоге и прототипе, площадь поперечного сечения зеркального тубуса в месте установки термобарьера неизменно уменьшалась, поскольку термобарьер устанавливался в полость зеркального тубуса, а не между его частями, как в предлагаемом конструктивном решении. В зависимости от климатической зоны подбирается нужная высота герметичной воздушной камеры, а в случае монтажа установки в северных регионах выполняют термобарьер с двумя герметичными воздушными камерами максимальными по высоте - 20 мм каждая или комбинируют и выполняют разными по высоте, например, 8 мм - одна камера и 16 мм - вторая. При этом в случае необходимости усиления конструкции, при сильных ветровых нагрузках, целесообразно выполнение корпуса устройства не в виде цилиндра, а в виде по меньшей мере трехгранной полой призмы с соответствующими прозрачными крышками. Например, выполнение корпуса в виде полой шестигранной призмы, как показано на фиг. 1, делает устройство надежным в работе в суровых климатических условиях, при которых является важным ряд эксплуатационных характеристик: предотвращение образования конденсата, надежность конструкции, связанная как со стабильной работой устройства, так и с ее устойчивостью к ветровым нагрузкам, ее защита от попадания влаги из вне во внутрь устройства, при этом сохранение передаваемого светового потока без потерь.

Таким образом, предлагаемая к регистрации конструкция устройства передачи естественного света обеспечивает предотвращение образования конденсата, обладает улучшенными теплоизоляционными и эксплуатационными характеристиками.

В настоящее время изготовлен опытный образец устройства показавший стабильные хорошие результаты: предотвращение образования конденсата, обеспечение непрерывной работы вне зависимости от перепада температур и сохранение всего передаваемого светового потока. В ближайшее время будет принято решение о запуске предлагаемой конструкции устройства в производство.

Изобретение относится к устройствам для направленной передачи естественного солнечного света во внутренние пространства зданий и сооружений. Техническим результатом изобретения является улучшение теплоизоляционных характеристик устройства. Устройство передачи естественного света содержит корпус со скошенной верхней частью с прозрачной крышкой и установленным внутри него зеркальным тубусом с рассеивателем и с термобарьером, выполненным из двух прозрачных дисков, с воздушной прослойкой между ними, при этом термобарьер выполнен в виде разделительного узла, монтируемого между частями зеркального тубуса, оснащен фланцами: верхним и нижним, фиксирующими между собой по меньшей мере два прозрачных диска и стянутых пластиковыми элементами крепления, при этом прозрачные диски выполнены диаметром от 1,02 до 1,15 величины наружного диаметра зеркального тубуса и герметично соединены между собой посредством гибкой дистанционно-распорной ленты, смонтированной по периметру дисков в виде замкнутого кольца, формирующего воздушную прослойку в виде герметичной воздушной камеры, а корпус в верхней части оснащен по меньшей мере одним вентиляционным отверстием. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство передачи естественного света, содержащее корпус со скошенной верхней частью с прозрачной крышкой и установленным внутри него зеркальным тубусом с рассеивателем и с термобарьером, выполненным из двух прозрачных дисков, с воздушной прослойкой между ними, отличающееся тем, что термобарьер выполнен в виде разделительного узла, монтируемого между частями зеркального тубуса, оснащён фланцами - верхним и нижним, фиксирующими между собой по меньшей мере два прозрачных диска и стянутых пластиковыми элементами крепления, при этом прозрачные диски выполнены диаметром от 1,02 до 1,15 величины наружного диаметра зеркального тубуса и герметично соединены между собой посредством гибкой дистанционно-распорной ленты, смонтированной по периметру дисков в виде замкнутого кольца, формирующего воздушную прослойку в виде герметичной воздушной камеры, а корпус в верхней части оснащен по меньшей мере одним вентиляционным отверстием.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вентиляционное отверстие выполнено в виде отверстия с отводом, смонтированным с внутренней стороны корпуса и направленным вверх, при этом угол наклона отвода относительно вертикальной стенки корпуса составляет от 20 до 70 градусов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра или по меньшей мере трёхгранной полой призмы.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что прозрачная крышка выполнена в виде эллипса или многоугольника с по меньшей мере тремя углами и расположена поверх скошенной верхней части корпуса, и закреплена посредством фиксирующей рамки Г- образного профиля.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус оснащён кровельным узлом с отбортовкой наружу и установочным элементом, выполненными по форме корпуса, при этом высота кровельного узла составляет не менее 1/4 наименьшей высоты корпуса.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фланцы снабжены шейкой с отверстиями или с по меньшей мере тремя равноудалёнными друг от друга сегментами полого цилиндра с отверстиями для крепления к зеркальному тубусу, внутренний радиус которых равен радиусу внутреннего отверстия фланца.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус дополнительно закреплен на зеркальном тубусе посредством дистанционной рамки или двухкамерных элементов крепления.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что высота герметичной воздушной камеры равна высоте дистанционно-распорной ленты и составляет от 6 до 20 мм.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса скошена под углом 15-60 градусов к горизонтали.