Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2468288C1 - Solar self-directing fibre optic lighting device - Google Patents

Solar self-directing fibre optic lighting device Download PDF

Info

Publication number
RU2468288C1
RU2468288C1 RU2011120709/07A RU2011120709A RU2468288C1 RU 2468288 C1 RU2468288 C1 RU 2468288C1 RU 2011120709/07 A RU2011120709/07 A RU 2011120709/07A RU 2011120709 A RU2011120709 A RU 2011120709A RU 2468288 C1 RU2468288 C1 RU 2468288C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
focon
optic cable
fibre optic
collector
focusing
Prior art date
Application number
RU2011120709/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Яковлевич Самохвалов
Валерий Шалвович Берикашвили
Сергей Андреевич Воробьёв
Original Assignee
Сергей Яковлевич Самохвалов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Яковлевич Самохвалов filed Critical Сергей Яковлевич Самохвалов
Priority to RU2011120709/07A priority Critical patent/RU2468288C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2468288C1 publication Critical patent/RU2468288C1/en

Links

Landscapes

  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device contains collector consisting of housing, focusing lens in the form of ellipse and two focusing large and small mirrors. Lens and mirrors narrow solar light flux and direct it to inlet end face, expanding in the form of focon, of fibre optic cable during the whole light day. Fibre optic cable of special design, which inlet end face is designed as focon, narrows light flux and directs collector to the sun. Inlet flexible focon has special external segmental layer made of toned material with high coefficient of thermal expansion. Such design of focon allows it to bent as bimetallic strip, direct focusing assembly (collector) to the sun.
EFFECT: increasing efficiency due to reduction of aperture and increase of incidence angle of light beams on inlet end face of fibre optic cable especially in the morning and in the evening, and providing high electrical safety even in rooms with high humidity.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области бытовых осветительных приборов, а именно к приборам для освещения жилых и не жилых помещений, не имеющих окон (подвалов, коридоров, прихожих, ванных и туалетных комнат, а также рудников, шахт, бассейнов, аквариумов и т.п.).The invention relates to the field of household lighting, and in particular to devices for lighting residential and non-residential premises without windows (basements, corridors, hallways, bathrooms and toilets, as well as mines, mines, pools, aquariums, etc.) .

Общеизвестные осветительные приборы - электрические лампы - обладают существенными недостатками: относительно высоким энергопотреблением, электрической и пожарной опасностью, малым сроком службы, узким частотным спектром излучаемых световых волн.Well-known lighting devices - electric lamps - have significant drawbacks: relatively high energy consumption, electrical and fire hazard, short life, narrow frequency spectrum of emitted light waves.

В настоящее время для освещения все чаще используется естественный дневной свет. Одним из таких решений являются зенитные фонари. Однако зенитные фонари дороги и могут применяться только на верхних этажах зданий.Currently, natural daylight is increasingly used for lighting. One such solution is the anti-aircraft lights. However, anti-aircraft lights are expensive and can only be used on the upper floors of buildings.

Сравнительно недавно начали использовать гибридное оптоволоконное устройство прямого солнечного света (http://ecomssia.info/ru). Это устройство предназначено для прямой поставки естественного дневного света внутрь освещаемых помещений. Оно состоит из параболических зеркал (коллектора), фокусирующих солнечные лучи во входной торец оптоволоконного кабеля, транспортирующего далее свет в освещаемое помещение. Часть световой энергии преобразуется затем в энергию электрическую, которая аккумулируется и используется для системы позиционирования и электропитания ламп ночью. Система позиционирования поворачивает зеркала в течение дня, постоянно направляя их на солнце. Наличие системы слежения за солнцем, поворотного мотто подвесного кронштейна требует внешнего электропитания, подводимого от сети или получаемого от преобразования световой энергии в энергию электрическую. Это сложное и дорогостоящее устройство. Как следует из описания, стоимость такой системы достигает 16 тыс. долларов, а ее установка колеблется от 500 до 2000 долларов. Высокая стоимость, сложность, необходимость во внешнем электропитании являются основными недостатками данных систем.More recently, they began to use a hybrid fiber optic device in direct sunlight (http://ecomssia.info/ru). This device is intended for direct supply of natural daylight into the illuminated rooms. It consists of parabolic mirrors (collector) focusing the sun's rays into the input end of the fiber optic cable, transporting the light further into the illuminated room. Part of the light energy is then converted into electrical energy, which is accumulated and used for the positioning system and power supply of lamps at night. The positioning system rotates the mirrors throughout the day, constantly directing them to the sun. The presence of a tracking system for the sun, a rotary motto suspension bracket requires external power supplied from the network or obtained from the conversion of light energy into electrical energy. This is a complex and expensive device. As follows from the description, the cost of such a system reaches 16 thousand dollars, and its installation ranges from 500 to 2000 dollars. High cost, complexity, the need for external power supply are the main disadvantages of these systems.

Ближайшим аналогом заявляемого устройства является солнечное оптоволоконное осветительное устройство (Патент на полезную модель №102747, приоритет 28.09.2010 г.), взятое за прототип. В этом устройстве отсутствует система слежения за солнцем. Его коллектор неподвижен и закрепляется на крыше или солнечной стене дома. Солнечный свет в коллекторе с помощью специальной неподвижной линзы и конической стеклянной воронки (фокона) подается на входной торец оптоволоконного кабеля. Световой поток транспортируется по оптоволоконному кабелю, и с другого торца этого кабеля, расположенного в темном помещении, свет рассеивается с помощью рассеивающей линзы, освещая это помещение. Устройство существенно упрощается, поскольку исчезает необходимость позиционирования фокусирующего блока (коллектора) в течение светового дня, полностью отсутствует потребление электроэнергии, значительно увеличивается срок службы устройства, существенно возрастает безопасность его эксплуатации. Однако коллектор данного устройства при своей простоте из-за высокой апертуры обладает худшими характеристиками по сравнению с гибридными системами. Такое устройство наиболее эффективно работает в полуденное время, когда солнце находится в зените и направление солнечных лучей почти совпадает с направлением оси фокона. В утренние и вечерние часы, когда солнечные лучи падают на входной торец фокона под большим углом к оси симметрии фокона, доля отражающейся световой энергии значительно возрастает (из-за малого угла падения и большой апертуры) и КПД устройства стремительно уменьшается.The closest analogue of the claimed device is a solar fiber-optic lighting device (Patent for utility model No. 102747, priority 09/28/2010), taken as a prototype. This device does not have a sun tracking system. Its collector is stationary and fixed on the roof or solar wall of the house. Sunlight in the collector is supplied with a special fixed lens and a conical glass funnel (focon) to the input end of the fiber optic cable. The luminous flux is transported through a fiber optic cable, and from the other end of this cable located in a dark room, the light is scattered using a scattering lens, illuminating this room. The device is greatly simplified, since the need for positioning the focusing unit (collector) during daylight hours disappears, there is no electricity consumption, the device’s service life is significantly increased, and its operation safety is significantly increased. However, the collector of this device, due to its simplicity due to its high aperture, has worse characteristics compared to hybrid systems. Such a device works most effectively in the afternoon, when the sun is at its zenith and the direction of the sun's rays almost coincides with the direction of the focon axis. In the morning and evening hours, when the sun's rays fall on the input end of the focon at a large angle to the axis of symmetry of the focon, the fraction of reflected light energy increases significantly (due to a small angle of incidence and a large aperture) and the efficiency of the device rapidly decreases.

Техническим результатом заявляемого устройства является улучшение фокусирующих характеристик коллектора и увеличение времени эффективной работы устройства в течение светового дня. Этот технический результат достигается тем, что входной расширяющийся торец кабеля служит элементом для крепления коллектора и его позиционирования в пространстве в направлении солнца, а также фоконом для сужения светового потока. Кроме того, в заявляемом устройстве для уменьшения апертуры фокусировка светового потока осуществляется последовательно трижды. Сначала солнечный поток сужается с помощью специальной эллиптической линзы, а затем с помощью двух параболических эллиптических зеркал (большого и малого). Поэтому лучи, входящие в фокон, почти параллельны друг другу, и их направление практически совпадает с осью симметрии входной части фокона.The technical result of the claimed device is to improve the focusing characteristics of the collector and increase the time of effective operation of the device during daylight hours. This technical result is achieved in that the input expanding end of the cable serves as an element for mounting the collector and its positioning in space in the direction of the sun, as well as a focal point for narrowing the luminous flux. In addition, in the inventive device to reduce the aperture, the focusing of the light flux is carried out successively three times. First, the solar flux narrows with a special elliptical lens, and then with the help of two parabolic elliptical mirrors (large and small). Therefore, the rays entering the focon are almost parallel to each other, and their direction practically coincides with the axis of symmetry of the input part of the focon.

На фиг.1 представлено заявляемое устройство, предназначенное для освещения в дневное время естественным солнечным светом темных комнат в обычной жилой квартире. Фокусирующий блок устройства состоит из фокусирующей линзы (1), корпуса (2), большого фокусирующего зеркала (3), малого фокусирующего зеркала (4). Этот блок закреплен на входном фоконе - расширяющемся конце оптоволоконного кабеля (5), который с помощью крепежного устройства (6) закрепляется на крыше дома или южной стороне дома. На другом конце оптоволоконного кабеля (7) имеется рассеивающая линза (8), которая помещена в освещаемом помещении. Внешняя оболочка фокона (10) выполнена из тонированного материала с высоким коэффициентом температурного расширения в виде отдельных сегментов, изолированных друг от друга термоизоляционными светоотражательными перегородками (9). Перегородки препятствуют нагреву от светового пятна (12), неосвещенных сегментов и прозрачной светопроводящей сердцевины фокона (11). Причем световое пятно по форме и размеру должно совпадать с входным торцом прозрачной светопроводящей сердцевины фокона.Figure 1 presents the inventive device, intended for illumination in the daytime with natural sunlight of dark rooms in an ordinary residential apartment. The focusing unit of the device consists of a focusing lens (1), a housing (2), a large focusing mirror (3), a small focusing mirror (4). This unit is fixed on the input focus - the expanding end of the fiber optic cable (5), which is fixed on the roof of the house or on the south side of the house with the help of a mounting device (6). At the other end of the fiber optic cable (7) there is a scattering lens (8), which is placed in the illuminated room. The outer shell of the focone (10) is made of tinted material with a high coefficient of thermal expansion in the form of individual segments isolated from each other by heat-insulating reflective partitions (9). Partitions prevent heating from a light spot (12), unlit segments, and a transparent light-conducting core of the focon (11). Moreover, the light spot in shape and size should coincide with the input end of the transparent light-conducting core of the focon.

Сфокусированный линзой и зеркалами поток света попадает во входной торец фокона (5). Если коллектор не направлен на солнце, то световое пятно расположено не по центру фокона (см. сечение А-А). При этом несимметричный световой поток инфракрасного (ИК) диапазона, нагревает сегменты (10) из тонированного материала с высоким коэффициентом температурного расширения, пропускающего инфракрасное излучение. Освещаемые сегменты нагреваются и удлиняются, изгибая фокон в сторону солнца, пока световое пятно не окажется в центре торца. Световой поток видимого спектра проходит через прозрачную сердцевину фокона (11), сужаясь до размеров оптоволоконного кабеля (7), проходит через кабель, попадает в рассеивающую линзу (8) и, равномерно распределяясь, освещает темное помещение. Таким образом, «холодный» солнечный свет видимого диапазона транспортируется в темное помещение без какого-либо преобразования в другие виды энергии. Фокон изгибается под действием температуры, подобно биметаллической пластине, и постоянно направляет фокусирующее устройство на солнце, как это делает всем известный подсолнух. При этом направление солнечных лучей всегда совпадает с осью входной части фокона. Входной торец фокона всегда расположен перпендикулярно солнечным лучам. Поэтому практически вся световая энергия проникает в фокон, а не отражается от него. Устройство совсем не потребляет электроэнергии, что обеспечивает его высокую экономичность.A stream of light focused by a lens and mirrors enters the input end face of the focon (5). If the collector is not directed towards the sun, then the light spot is not located in the center of the focal area (see section AA). In this case, the asymmetric luminous flux of the infrared (IR) range heats segments (10) of tinted material with a high coefficient of thermal expansion transmitting infrared radiation. The illuminated segments heat up and lengthen, bending the focon towards the sun, until the light spot is in the center of the end. The luminous flux of the visible spectrum passes through the transparent core of the focon (11), tapering to the size of the fiber optic cable (7), passes through the cable, enters the scattering lens (8) and, evenly distributed, illuminates the dark room. Thus, the "cold" sunlight of the visible range is transported into a dark room without any conversion to other types of energy. The focone bends under the influence of temperature, like a bimetallic plate, and constantly directs the focusing device to the sun, as a well-known sunflower does. In this case, the direction of the sun's rays always coincides with the axis of the input part of the focon. The input end face of the focon is always perpendicular to the sun's rays. Therefore, almost all light energy penetrates into the focal area, but is not reflected from it. The device does not consume electricity at all, which ensures its high efficiency.

Надежность данного осветительного устройства очень высока, поскольку в нем нет электроприводов, оно не содержит подвижных трущихся деталей, требующих смазки, и оно не зависит от различного рода электроламп, системы электроснабжения, электронных преобразователей, выключателей и т.п. При хорошей прозрачности детали осветительного устройства практически не нагреваются (за исключением освещаемых сегментов фокона), исключается возможность возникновения искр от короткого замыкания, чем достигается высокий уровень безопасности при его эксплуатации.The reliability of this lighting device is very high, since it does not have electric drives, it does not contain moving rubbing parts that require lubrication, and it does not depend on various kinds of electric lamps, power supply systems, electronic converters, switches, etc. With good transparency, the details of the lighting device practically do not heat up (except for the illuminated segments of the focon), eliminating the possibility of sparks from a short circuit, thereby achieving a high level of safety during its operation.

Розничная цена такого простого и надежного осветительного устройства очень мала. А технические характеристики приближены к гибридному оптоволоконному устройству. Срок службы такого устройства зависит от оптических и механических свойств используемых материалов и в несколько раз превышает срок службы газоразрядных ламп и тем более ламп накаливания.The retail price of such a simple and reliable lighting device is very small. And the specifications are close to a hybrid fiber optic device. The service life of such a device depends on the optical and mechanical properties of the materials used and is several times longer than the service life of gas discharge lamps, and especially incandescent lamps.

Снизить стоимость устройства можно также при создании массового производства, целесообразность которого легко прогнозируется большим гарантированным спросом на такую продукцию. Многие элементы конструкции данного устройства могут быть выполнены из пластика, тем более, что уже освоена технология металлизации пластиковых поверхностей. Это обеспечит устройствам легкость, надежность и низкую стоимость. Данное устройство наиболее применимо в южных районах с большим количеством солнечных дней в году.You can also reduce the cost of the device when creating mass production, the feasibility of which is easily predicted by the large guaranteed demand for such products. Many structural elements of this device can be made of plastic, especially since the technology of metallization of plastic surfaces has already been mastered. This will provide devices with lightness, reliability and low cost. This device is most applicable in southern areas with a large number of sunny days per year.

Claims (1)

Солнечное самонаводящееся оптоволоконное осветительное устройство, содержащее фокусирующую линзу, зеркальный корпус, крепежное устройство, оптоволоконный кабель и рассеивающую линзу, отличающееся тем, что содержит большое и малое эллипсовидные фокусирующие зеркала, последовательно сужающие световой поток, до размеров прозрачной светопроводящей сердцевины входного торца гибкого наводящего фокона, который является продолжением оптоволоконного кабеля, а светопроводящая сердцевина, фокона размещается внутри слоя сегментов, изолированных друг от друга, изготовленных из тонированного материала, проводящего инфракрасное излучение, и обладающего высоким коэффициентом температурного расширения. A solar homing optical fiber lighting device comprising a focusing lens, a mirror housing, a mounting device, a fiber optic cable and a diffusing lens, characterized in that it contains a large and small ellipsoid focusing mirrors that sequentially narrow the luminous flux to the size of the transparent light-conducting core of the input end face of the flexible guiding background which is a continuation of the fiber optic cable, and the light-conducting core, focone is located inside the layer of segments, insulators data from each other, made of tinted material that conducts infrared radiation, and has a high coefficient of thermal expansion.
RU2011120709/07A 2011-05-24 2011-05-24 Solar self-directing fibre optic lighting device RU2468288C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120709/07A RU2468288C1 (en) 2011-05-24 2011-05-24 Solar self-directing fibre optic lighting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120709/07A RU2468288C1 (en) 2011-05-24 2011-05-24 Solar self-directing fibre optic lighting device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2468288C1 true RU2468288C1 (en) 2012-11-27

Family

ID=49254948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011120709/07A RU2468288C1 (en) 2011-05-24 2011-05-24 Solar self-directing fibre optic lighting device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2468288C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2535193C1 (en) * 2013-06-27 2014-12-10 Николай Васильевич Ясаков Solar self-guided collector-supercharger
RU172186U1 (en) * 2016-06-08 2017-06-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) Device for natural lighting of rooms
RU184527U1 (en) * 2018-05-08 2018-10-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Lighting device
RU2680253C2 (en) * 2014-11-24 2019-02-19 Томсон Лайсенсинг Light emission structure and device with light emission structure

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101457988A (en) * 2007-12-13 2009-06-17 姜志凌 Convex lens solar acquiring and utilizing apparatus
EP2128439A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-02 Syneola SA An intelligent decentralized electrical power generation system
RU102747U1 (en) * 2010-09-28 2011-03-10 Сергей Яковлевич Самохвалов SOLAR FIBER LIGHTING DEVICE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101457988A (en) * 2007-12-13 2009-06-17 姜志凌 Convex lens solar acquiring and utilizing apparatus
EP2128439A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-02 Syneola SA An intelligent decentralized electrical power generation system
RU102747U1 (en) * 2010-09-28 2011-03-10 Сергей Яковлевич Самохвалов SOLAR FIBER LIGHTING DEVICE

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2535193C1 (en) * 2013-06-27 2014-12-10 Николай Васильевич Ясаков Solar self-guided collector-supercharger
RU2680253C2 (en) * 2014-11-24 2019-02-19 Томсон Лайсенсинг Light emission structure and device with light emission structure
RU172186U1 (en) * 2016-06-08 2017-06-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) Device for natural lighting of rooms
RU184527U1 (en) * 2018-05-08 2018-10-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Lighting device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU102747U1 (en) SOLAR FIBER LIGHTING DEVICE
CN101174027A (en) Natural light collector, illumination system and light source of electronic system
JP2008541196A (en) Energy collecting apparatus and method
US20140233256A1 (en) Sunny Bright Solar Lighting
US20180054159A1 (en) Light collection and redirection to a solar panel
Lv et al. Techno-economic evaluation of an optical fiber based hybrid solar lighting system
EP3306223B1 (en) Multifunctional solar energy system
RU2468288C1 (en) Solar self-directing fibre optic lighting device
Malet-Damour et al. Technological review of tubular daylight guide system from 1982 to 2020
Song et al. Application of highly concentrated sunlight transmission and daylighting indoor via plastic optical fibers with comprehensive cooling approaches
JP2012225611A (en) Solar collecting device, and solar energy utilization system
Li et al. An optimal design analysis of a novel parabolic trough lighting and thermal system
RU2670360C1 (en) Fixed cascade lens solar radiation concentrator with optical method of installation
KR20150135587A (en) Solar Concenstrator for photovoltaic lighting, sterilization and thermoelectric generator
RU2676819C2 (en) Optical fibering lighting device with optical method of tracking a stable concentrator for the sun
KR20140040901A (en) Optical fiber and solar cell lighting system for hybrid light
RU2483242C2 (en) "sun lamp" solar illumination device
RU2728330C1 (en) Optical fiber lighting and heating device with optical method of monitoring a fixed concentrator behind the sun
Song et al. Evaluation of a large dish‐type concentrator solar lighting system for underground car park
RU184527U1 (en) Lighting device
RU2739167C1 (en) Stationary solar radiation concentrator
US20190093841A1 (en) Solar Tube
RU172186U1 (en) Device for natural lighting of rooms
CN103822166A (en) Reflecting roof sunlight lighting system
WO2019098942A1 (en) Lighting apparatus, method for forming the same and method for controlling the same