TWI510733B - 引太陽光於室內照明裝置 - Google Patents

Description

引太陽光於室內照明裝置

本發明係有關於一種引太陽光於室內照明裝置，尤指涉及一種能有效收集屋外之太陽光，並將收集之太陽光線經由光纖導引至室內放光之裝置。

隨著全世界對於溫室效應與能源危機之重視，如何更有效率地使用現有能源已成為全世界極度關心之話題，幾乎所有公家機關、公司行號及學校單位之室內照明，亦開始配合政府實行節能省碳政策，以降低能源消耗，也因此，相關之節能照明及太陽光照明設備亦隨之得到迅速發展。

太陽光照明之方法包括有利用窗戶直接引太陽光、利用導管反射而導引至室內照明、利用太陽電池發電而以燈泡作照明，以及利用太陽集光器搭配光纖而導引至室內照明四類方法。其中，利用窗戶直接引太陽光之缺點係室內深處無法照明；利用導管反射而導引至室內照明之缺點係導管之體積太大且室內安裝不便；利用太陽電池發電而以燈泡作照明之缺點係光轉電、電轉光，多次轉換效率差；以及利用太陽集光器搭配光纖而導引至室內照明之缺點係價格貴，且安裝不易。

按，中華民國經濟部智慧財產局於2013年8月21日授權公告之專利號碼為I405928之太陽光光纖導引照明系統之專利案，如第6圖所示。該發明之太陽光光纖導引照明系統6，係由集光模組61、追日控制器62、雙軸追蹤機構63、轉能與儲能系統64、及光纖65等組成，由追日控制器62測光，使雙軸追蹤機構63朝光動作，利於集光模組61採光，藉由光纖65導入屋使用，並由轉能與儲能系統64發電供系統應用，完全無外部電力，達節能、省碳及綠能特色。

惟上述集光模組有些入射光線會因入射角度之關係，經側反光面後射出集光器，造成光線損失；上述追日控制器使用太陽位置感測器，會有感測器失效及不準確問題，導致追日功能失效；上述雙軸追蹤機構方位仰角之雙軸追蹤機構設計，將不利於小型化及掛壁型之設計；以及上述轉能與儲能系統對於太陽光照明系統助益不大，但卻增加其複雜性。因此，習用之太陽光光纖導引照明系統在安裝位置受限制，將不利於大樓安裝。

隨著照明技術日新又新，集光效率之提升，將成為未來設計集光器之發展目標，惟現有技術大多存有設備複雜、安裝不易且成本高等缺點。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時提供一種高效率引導太陽光於室內照明之所需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種高效率引太陽光於室內照明裝置，能有效收集屋外之太陽光，並將收集之太陽光線經由光纖導引至室內放光，進而可作為一種能有效運用太陽光直接應用於室內照明之方法，以達到節能 省碳之目的。

本發明之次要目的係在於，提供一種使用薄型且輕量化之追日集光器，可容易安裝於大樓外牆或屋頂而使光纖耗損低於50%之裝置。

本發明之另一目的係在於，提供一種使用光纖可以不受空間安裝限制，導光效率高之裝置。

本發明之另一目的係在於，提供一種使用重量輕之塑膠濾光透鏡，濾除太陽光之紫外光及紅外光，令可見光經由塑膠光纖導入室內之裝置。

本發明之另一目的係在於，提供一種使用拋物面放光器，可使太陽光線均勻照明於室內之裝置。

本發明之另一目的係在於，提供一種可直接利用太陽光作照明，效率高之裝置。

為達以上之目的，本發明係一種引太陽光於室內照明裝置，係包括一追日集光器，為包括一東西向驅動機構及一南北向驅動機構之雙軸驅動機構，該追日集光器具有一底座，該東西向驅動機構係設於該底座二側邊上，該東西向驅動機構係穿設有至少二東西向驅動桿及一東西向驅動機構平台，且該二東西向驅動桿係相對應連接於該東西向驅動機構與該東西向驅動機構平台之間，而其中之一東西向驅動桿係與一東西向渦輪渦桿組結合呈連動狀，且該東西向驅動機構上係設有一東西向馬達座，該東西向馬達座上設有一東西向步進馬達，藉該東西向步進馬達控制該東西向驅動桿及該東西向驅動機構平台轉動；該南北向驅動機構係設於該東 西向驅動機構平台二側邊上，該南北向驅動機構係穿設有至少二南北向驅動桿及一濾光/聚光透鏡組，且該二南北向驅動桿係相對應連接於該南北向驅動機構與該濾光/聚光透鏡組之間，而其中之一南北向驅動桿係與一南北向渦輪渦桿組結合呈連動狀，且該南北向驅動機構上係設有一南北向馬達座，該南北向馬達座上設有一南北向步進馬達，藉該南北向步進馬達控制該南北向驅動桿及該濾光/聚光透鏡組轉動，以引導太陽光進入該濾光/聚光透鏡組；一追日控制器，係與該追日集光器相連，用以控制該追日集光器依太陽軌跡而轉動，並一直對準太陽；該濾光/聚光透鏡組，係包含一聚光杯、一設於該聚光杯內之濾光/聚光透鏡、及一設於該聚光杯上之光纖接頭，用以供太陽光中波長400nm~750nm之可見光通過；一光纖，其一端係設於該聚光杯上該光纖接頭內，用以傳導太陽光之光線；以及一放光器，係設於一室內，包含有一放光器接頭及一拋物面，以該放光器接頭承接該光纖之另一端，太陽光經由該拋物面反射出均勻之太陽光而照明室內。

於本發明上述實施例中，該東西向渦輪渦桿組係與該東西向步進馬達之軸心連結，該南北向渦輪渦桿組係與該南北向步進馬達之軸心連結。

於本發明上述實施例中，該東西向步進馬達及南北向步進馬達係與該追日控制器電性相連。

於本發明上述實施例中，該追日控制器係具有一微處理器、一記憶體、一東西向步進馬達驅動器、及一南北向步進馬達驅動器，該微處理器係讀取該記憶體內之太陽軌跡值，經換算為該東西向 步進馬達及南北向步進馬達之步階數，藉以控制該東西向步進馬達驅動器及南北向步進馬達驅動器以驅動該東西向步進馬達及南北向步進馬達。

於本發明上述實施例中，該濾光/聚光透鏡上具有一透光之濾光膜，係為鍍膜物或直接為濾光/聚光透鏡。

於本發明上述實施例中，該濾光/聚光透鏡係為聚光幾何倍率至少為100倍以上之平凸鏡，係為塑膠材質或直接為濾光/聚光透鏡。

於本發明上述實施例中，該光纖係為傳導光線之效率為每10公尺損耗小於50%之塑膠或液態材質之光纖。

於本發明上述實施例中，該放光器係拋物球面，以內壁為該拋物面，並以該放光器接頭作為支撐放光器重量。

(本發明部分)

1‧‧‧追日集光器

10‧‧‧底座

11‧‧‧東西向驅動機構

111‧‧‧東西向驅動桿

112‧‧‧東西向驅動機構平台

113‧‧‧東西向渦輪渦桿組

114‧‧‧東西向馬達座

115‧‧‧東西向步進馬達

12‧‧‧南北向驅動機構

121‧‧‧南北向驅動桿

122‧‧‧南北向渦輪渦桿組

123‧‧‧南北向馬達座

124‧‧‧南北向步進馬達

2‧‧‧追日控制器

21‧‧‧微處理器

22‧‧‧記憶體

23‧‧‧東西向步進馬達驅動器

24‧‧‧南北向步進馬達驅動器

3‧‧‧濾光/聚光透鏡組

31‧‧‧聚光杯

32‧‧‧濾光/聚光透鏡

33‧‧‧光纖接頭

4‧‧‧光纖

5‧‧‧放光器

51‧‧‧放光器接頭

52‧‧‧拋物面

(習用部分)

6‧‧‧太陽光光纖導引照明系統

61‧‧‧集光模組

62‧‧‧追日控制器

63‧‧‧雙軸追蹤機構

64‧‧‧轉能與儲能系統

65‧‧‧光纖

第1圖，係本發明之基本架構示意圖。

第2圖，係本發明之追日集光器示意圖。

第3圖，係本發明之追日控制器示意圖。

第4圖，係本發明之濾光/聚光透鏡組示意圖。

第5圖，係本發明之放光器示意圖。

第6圖，係習用之太陽光光纖導引照明系統示意圖。

請參閱『第1圖~第5圖』所示，係分別為本發明之基本架構示 意圖、本發明之追日集光器示意圖、本發明之追日控制器示意圖、本發明之濾光/聚光透鏡組示意圖、及本發明之放光器示意圖。如圖所示：本發明係一種引太陽光於室內照明裝置，至少包括一追日集光器1、一追日控制器2、一濾光/聚光透鏡組3、一光纖4及一放光器5所構成。

上述所提之追日集光器1如第2圖所示，為包括一東西向驅動機構11及一南北向驅動機構12之雙軸驅動機構，該追日集光器1具有一底座10，以該底座10作為支撐，將該東西向驅動機構11設於該底座10二側邊上，該東西向驅動機構11係穿設有至少二東西向驅動桿111及一東西向驅動機構平台112，且該二東西向驅動桿111係相對應連接於該東西向驅動機構11與該東西向驅動機構平台112之間，而其中之一東西向驅動桿111係與一東西向渦輪渦桿組113結合呈連動狀，且該東西向驅動機構11上係設有一東西向馬達座114，該東西向馬達座114上設有一東西向步進馬達115，該東西向渦輪渦桿組113係與該東西向步進馬達115之軸心連結，藉該東西向步進馬達115控制該東西向驅動桿111及該東西向驅動機構平台112轉動；該南北向驅動機構12係設於該東西向驅動機構平台112二側邊上，該南北向驅動機構12係穿設有至少二南北向驅動桿121及該濾光/聚光透鏡組3，且該二南北向驅動桿121係相對應連接於該南北向驅動機構12與該濾光/聚光透鏡組3之間，而其中之一南北向驅動桿121係與一南北向渦輪渦桿組122結合呈連動狀，且該南北向驅動機構12上係設有一南北向馬達座123，該南北向馬達座123上設有一南 北向步進馬達124，該南北向渦輪渦桿組122係與該南北向步進馬達124之軸心連結，藉該南北向步進馬達124控制該南北向驅動桿121及該濾光/聚光透鏡組3轉動，以引導太陽光進入該濾光/聚光透鏡組3。

該追日控制器2係與該追日集光器1之東西向步進馬達115及南北向步進馬達124電性相連。如第3圖所示，該追日控制器2具有一微處理器21、一記憶體22、一東西向步進馬達驅動器23、及一南北向步進馬達驅動器24，其以該微處理器21為核心，先以時間及安裝位置之經緯度，利用公式計算並求出太陽軌跡值，以儲存太陽軌跡值於該記憶體22內，該微處理器21讀取該記憶體22內之太陽軌跡值，經換算為該東西向步進馬達115及南北向步進馬達124之步階數，藉以控制該東西向步進馬達驅動器23及南北向步進馬達驅動器24以驅動該東西向步進馬達115及南北向步進馬達124，使該追日集光器1依太陽軌跡而轉動，並一直對準太陽，而能將該濾光/聚光透鏡組3移動至藉由該微處理器21確定之聚焦位置。

該濾光/聚光透鏡組3如第4圖所示，係包含一聚光杯31、一設於該聚光杯31內之濾光/聚光透鏡32、及一設於該聚光杯31上之光纖接頭33，用以供太陽光中波長400nm~750nm之可見光通過。其中，該聚光杯31上具有圓形凹槽可裝設該濾光/聚光透鏡32，該濾光/聚光透鏡32係由最上層具透光之濾光膜(圖中未示)形成濾光功能，其可為鍍膜物或直接為濾光/聚光透鏡，該濾光/聚光透鏡32並以聚光幾何倍率至少為100倍以上之平凸鏡作為聚光透鏡，其可為塑膠材質或直接為濾光/聚光 透鏡。

該光纖4之一端係設於該聚光杯31上呈圓柱凹槽狀之光纖接頭33內，用以傳導太陽光之光線。其中，該光纖4係為傳導光線之效率為每10公尺損耗小於50%之塑膠或液態材質之光纖。

該放光器5係設於一室內，其為拋物球面，如第5圖所示，該放光器5包含有一放光器接頭51及一拋物面52，以內壁為該拋物面52，並以該放光器接頭51承接該光纖4之另一端且作為支撐該放光器5重量，太陽光經由該拋物面52反射出均勻之太陽光而照明室內。其中，該放光器5內壁拋物面52，係以Z軸為中心旋轉360度而成拋物球面，拋物面公式為：

如是，藉由上述揭露之結構構成一全新之引太陽光於室內照明裝置。

當運用時，由該追日控制器2控制該追日集光器1能一直對準太陽，使該追日集光器1引導太陽光進入該濾光/聚光透鏡3，太陽光透過該濾光/聚光透鏡32進入該光纖4，並將該光纖4佈線至室內與該放光器5之放光器接頭51相連，太陽光經由該放光器5之拋物面52反射而照明室內，以達到節能省碳之目的。

本發明提供一種高效率引太陽光於室內照明裝置，能直接引用太陽光，利用薄膜濾光功能將太陽光之非可見光譜濾除，並將其聚光於一光點，在光纖入口處而使太陽光進入光纖，故此裝置能有效收集屋外之太陽光，並將收集之太陽光線經由光纖導引至室內 放光，進而可作為一種能有效運用太陽光直接應用於室內照明之方法，以達到節能省碳之目的。本發明之特徵係利用追日集光器搭載濾光/聚光透鏡組並安裝於戶外，將太陽光聚於光纖之入口處，太陽光經由光纖導入室內而放光，作為室內照明。據此，本發明之特色在於：

1.薄型且輕量化之追日集光器，容易安裝於大樓外牆或屋頂，可使光纖耗損低於50%。

2.使用光纖可以不受空間安裝限制，導光效率高。

3.使用重量輕之塑膠濾光透鏡，濾除太陽光之紫外光及紅外光，令可見光經由塑膠光纖導入室內。

4.使用拋物面放光器，可使太陽光線均勻照明於室內。

5.可直接利用太陽光作照明，效率高。

綜上所述，本發明係一種引太陽光於室內照明裝置，可有效改善習用之種種缺點，能直接引用太陽光，利用薄膜濾光功能將太陽光之非可見光譜濾除，並將其聚光於一光點，在光纖入口處而使太陽光進入光纖，經由光纖導引至室內放光，而能有效運用太陽光直接應用於室內照明，以達到節能省碳之目的，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之 範圍內。

1‧‧‧追日集光器

2‧‧‧追日控制器

3‧‧‧濾光/聚光透鏡組

4‧‧‧光纖

5‧‧‧放光器

Claims (7)

1. 一種引太陽光於室內照明裝置，係包括：一追日集光器，為包括一東西向驅動機構及一南北向驅動機構之雙軸驅動機構，該追日集光器具有一底座，該東西向驅動機構係設於該底座二側邊上，該東西向驅動機構係穿設有至少二東西向驅動桿及一東西向驅動機構平台，且該二東西向驅動桿係相對應連接於該東西向驅動機構與該東西向驅動機構平台之間，而其中之一東西向驅動桿係與一東西向渦輪渦桿組結合呈連動狀，且該東西向驅動機構上係設有一東西向馬達座，該東西向馬達座上設有一東西向步進馬達，藉該東西向步進馬達控制該東西向驅動桿及該東西向驅動機構平台轉動；該南北向驅動機構係設於該東西向驅動機構平台二側邊上，該南北向驅動機構係穿設有至少二南北向驅動桿及一濾光/聚光透鏡組，且該二南北向驅動桿係相對應連接於該南北向驅動機構與該濾光/聚光透鏡組之間，而其中之一南北向驅動桿係與一南北向渦輪渦桿組結合呈連動狀，且該南北向驅動機構上係設有一南北向馬達座，該南北向馬達座上設有一南北向步進馬達，藉該南北向步進馬達控制該南北向驅動桿及該濾光/聚光透鏡組轉動，以引導太陽光進入該濾光/聚光透鏡組；一追日控制器，係與該追日集光器之東西向步進馬達及南北向步進馬達電性相連，該追日控制器具有一微處理器、一記憶體、一東西向步進馬達驅動器、及一南北向步進馬達驅動器，其以該微 處理器為核心，先以時間及安裝位置之經緯度，利用公式計算並求出太陽軌跡值，以儲存太陽軌跡值於該記憶體內，該微處理器讀取該記憶體內之太陽軌跡值，經換算為該東西向步進馬達及南北向步進馬達之步階數，藉以控制該東西向步進馬達驅動器及南北向步進馬達驅動器以驅動該東西向步進馬達及南北向步進馬達，使該追日集光器依太陽軌跡而轉動，並一直對準太陽，而能將該濾光/聚光透鏡組移動至藉由該微處理器確定之聚焦位置；該濾光/聚光透鏡組，係包含一聚光杯、一設於該聚光杯內之濾光/聚光透鏡、及一設於該聚光杯上之光纖接頭，用以供太陽光中波長400nm~750nm之可見光通過；一光纖，其一端係設於該聚光杯上該光纖接頭內，用以傳導太陽光之光線；以及一放光器，係設於一室內，包含有一放光器接頭及一拋物面，以該放光器接頭承接該光纖之另一端，太陽光經由該拋物面反射出均勻之太陽光而照明室內。
2. 依申請專利範圍第1項所述之引太陽光於室內照明裝置，其中，該東西向渦輪渦桿組係與該東西向步進馬達之軸心連結，該南北向渦輪渦桿組係與該南北向步進馬達之軸心連結。
3. 依申請專利範圍第1項所述之引太陽光於室內照明裝置，其中，該東西向步進馬達及南北向步進馬達係與該追日控制器電性相連。
4. 依申請專利範圍第1項所述之引太陽光於室內照明裝置，其中，該濾光/聚光透鏡上具有一透光之濾光膜，係為鍍膜物或直接為濾光/聚光透鏡。
5. 依申請專利範圍第1項所述之引太陽光於室內照明裝置，其中， 該濾光/聚光透鏡係為聚光幾何倍率至少為100倍以上之平凸鏡，可為塑膠材質或直接為濾光/聚光透鏡。
6. 依申請專利範圍第1項所述之引太陽光於室內照明裝置，其中，該光纖係為傳導光線之效率為每10公尺損耗小於50%之塑膠或液態材質之光纖。
7. 依申請專利範圍第1項所述之引太陽光於室內照明裝置，其中，該放光器係拋物球面，以內壁為該拋物面，並以該放光器接頭作為支撐放光器重量。