JPH0158801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽光を建物内まで導いて照明に用い
る太陽光利用照明装置に係り、特に太陽光と共に
人工光をも併用できる太陽光利用照明装置に関す
る。

省エネルギ化の観点から太陽光を建物内へ導く
ために天窓等が採用されているが、建物の最上階
以外の階層へは適用不可能である。

また太陽光を単に建物内へ導くことが可能であ
つても、太陽光は光量が不安定であり補助照明装
置が必要となる。この補助照明として従来通り天
井へ電灯配線を施し照明器具を取り付ける構造で
は太陽導入装置との併用構造が複雑であり、太陽
光利用の本来の目的の一つである省エネルギ効果
が半減する。

本発明はこのような状況を考慮し、太陽光を自
由に建物内部へ導入し、補助光源として人工光を
用いるとともに補助照明として天井の電灯配線を
必要とせず、しかも人工光から発生する熱を回収
することができる太陽光利用照明装置を得ること
が目的である。

本発明に係る太陽光利用照明装置は集光装置で
集光した太陽光をバンドル化された光フアイバで
建物内へ導いて拡散器で室内へ拡散させ、補助人
工光は供給装置から光フアイバを介して拡散器へ
送ることにより太陽光と人工光を併せ用いるよう
になつており、人工光の供給装置は他端が排熱回
収水熱交換部へ接続される排熱回収装置により熱
回収するようになつている。

以下本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図において建築物１０の屋上には集光装置
１２が設置されている。この集光装置１２では建
築物１０へ固定される固定台１４に対して移動フ
レーム１６が垂直軸回り（太陽方位角方向）に、
またこの移動フレーム１６へ移動フレーム１７が
支持されて水平軸回り（太陽高度方向）にそれぞ
れ旋回可能となつている。

この移動フレーム１７の先端部には第２図に詳
細に示される集光ユニツト１８が複数個取りつけ
られている。この集光ユニツトは軽量金属又はプ
ラスチツクからなる箱体の一面に多数の集光レン
ズ２０（凸レンズ、フレネルレンズ等を用いる）
が互に光軸を平行に固着されている。

集光レンズの集光頂部には集光用バンドル光フ
アイバ２４の分岐端末がそれぞれ取りつけられて
入光端面が集光レンズ２０の光軸と一致してい
る。この集光用バンドル光フアイバ２４の他方の
端末は必要に応じて光フアイバコネクタ２６を介
して集光搬送路としてのバンドル光フアイバケー
ブル２８へ接続されている。

従つてこの集光装置１２は太陽光を集光してバ
ンドル光フアイバケーブル２８へ送るようになつ
ている。

なお、固定台１４及び移動フレーム１６にはス
テツプモータ等の移動フレーム駆動装置３０，３
１がそれぞれ設けられており、太陽位置センサー
３２の検出信号により、又はあらかじめ太陽の移
動軌跡を記憶した記憶装置３４からの指令で集光
レンズを常に太陽の動きに追従させるようになつ
ている。

前記バンドル光フアイバケーブル２８は建築物
室内の照度確保の点を考慮して光パワー伝送に適
したもの、すなわち波長380〜760μmの光を通す
のに適したものを主体に、保健上観点から紫外線
の透過性の良好なものを補助として束ねたバンド
ル光フアイバを用いることが好ましい。

このバンドル光フアイバケーブル２８は必要に
応じて中間部に光コネクタ２６が介在されるとと
もに、先端は建築物１０内の各階層で分岐して、
各階層へそれぞれ設けられた供給装置３６内へ導
かれている。この供給装置３６には鉄製箱体３７
（第３図）が設けられており、この箱体３７内の
第１入光部３８へは分岐したバンドル光フアイバ
ケーブル２８が接続されている。この第１入光部
３８では円錐状反射パネル４０の頂点へ光フアイ
バの端部が、円錐状底部へレンズ４２がそれぞれ
同一光軸上に配置されて光フアイバからの光をレ
ンズ４２を通して平行光として光路４４の一端へ
送るようになつている。

光路４４の他端は箱体３７内の出光部４６へ接
続されており、これによつて出光部４６が第１入
光部３８と対向している。この出光部４６にはレ
ンズ４２と同一光軸上に集光レンズ４８及びこの
集光レンズ４８の焦点にバンドル光フアイバケー
ブル５０の各光フアイバの一端が対応している。
従つて出光部４６では第１入光部３８からの自然
光をバンドル光フアイバケーブル５０へ移送する
ようになつている。このバンドル光フアイバケー
ブル５０はバンドル光フアイバケーブル２８と同
材質であることが好ましい。

この供給装置３６では第１人光部３８に加えて
第２入光部５２が設けられており、第１入光部３
８と共に出光部４６に対応している。この第２入
光部５２は第１入光部３８と同様に円錐状反射パ
ネル４０及びレンズ４２を有しているが、レンズ
４２の焦点、すなわち反射パネル４０の円錐頂部
にはハロゲンランプ等の高輝度ランプ５４が設け
られている。このランプ５４はスイツチ回路５６
内のスイツチ５８を介して分電盤６０へ接続され
ており、分電盤６０は図示しない電気室から給電
されるようになつている。

第２入光部５２のレンズ４２は光路４４に対し
て傾斜した光路６２を介して出光部４６の集光レ
ンズ６４と対向しており、この集光レンズ６４は
集光レンズ４８と同様にバンドル光フアイバケー
ブル５０の各光フアイバの端末と対応している。
これによつて出光部４６へは両入光部３８，５２
からの光が異る入射角で入光されるので、第１入
光部３８からの太陽光に加えてスイツチ５８の閉
成時にランプ５４の人工光をバンドル光フアイバ
ケーブル５０へ送り込むことができるようになつ
ている。

なおスイツチ回路５６は操作盤６６を建築物１
０の室内へ面した側壁６８へ設けることにより手
動でランプ５４の光度を調整可能とすることがで
きる。また出光部４６等に光量センサーを設け、
第１入光部３８からの太陽光と第２入光部５２か
らの人工光との合計光量を常に一定に、又は所望
の光量にするようにランプ５４の光量を自動的に
調節する制御装置を設けることもできる。

供給装置３６内の第１、第２入光部３８，５２
及び光路４４，６２は真空状態として光損失を少
なくすることが好ましい。また出光部４６では入
光部と同様に円錐形又はこれに類似の反射パネル
７０を設けて光損失を少くしている。さらに光路
４４には、必要時に出光部４６への光移送を遮断
する遮へい板を設けることができる。

第３図に示される如く箱体３７の内側には断熱
材１３６及びアルミ箔１３７が取りつけられて箱
体内外を断熱構造としている。この箱体３７の下
部には給気口１３８が設けられて箱体３７内へ冷
気を送り込むことができるようになつている。こ
の給気口１３８は建物内空調設備の換気ダクトへ
連通することもできる。

一方箱体３７の上部には箱体内の人工光源であ
るランプ５４等で発生した熱を排出するための排
気通路１４０が設けられている。この排気通路１
４０には排熱回収装置１４２のフインコイル１４
４（中間部が断熱材で囲まれている）が対応して
いる。すなわちフインコイル１４４はこの排気通
路１４０から水熱交換部１４６まで連通して循環
して両端に熱交換部を有しており、中間部には温
水循環ポンプ１４８が設けられている。したがつ
てフインコイル１４４内の温水は循環ポンプ１４
８の駆動力を得て、箱体３７の排気通路１４０を
通つて箱体から排出される暖気と熱交換して高温
となり、水熱交換部１４６へ送られて給湯用温水
１５０と熱交換しこの給湯用温水１５０を温度上
昇させるようになつている。給湯用温水１５０は
図示しない給水源から配管１５２内を送られて水
熱交換部１４６へ至り、フインコイル１４４と接
触して熱交換した後に配管１５４で図示しない給
湯部へと至るようになつている。この給湯用温水
１５０を給湯以外の暖房等に用いることができる
ことは言うまでもない。

また配管１５２，１５４の中間部にはそれぞれ
配管１５６，１５８が図示しないバルブを介して
接続されている。これらの配管１５６，１５８は
吸収式冷凍機１６０の発生器１６２へ接続されて
いる。この吸収式冷凍機１６０は発生器の他に凝
縮器、蒸発器、吸収器をそれぞれ有する一般的な
吸収冷凍機であり、蒸発器で蒸発した冷媒ガスが
吸収器に導かれ、吸収器中の希薄溶液に吸収溶解
され、濃厚溶液となる。この濃厚溶液がポンプで
発生器に送られ配管１５８からの温水でガス温度
上昇して分離し、高温高圧の冷媒ガスとなり凝縮
器で冷却し膨張弁を経く蒸発し熱量を外部から吸
収するようになつている。

配管１５８からの温水は吸収式冷凍機１６０の
発生器１６２へ熱を与えた後に配管１５６，１５
２を介して水熱交換器１４６へ戻るようになつて
いる。

なお配管１５８からの温水温度が低い場合には
吸収式冷凍機１６０を作動させることなくフアン
１６４で熱を外部へ排出するようになつている。

第４図にも示される如くバンドル光フアイバケ
ーブル５０の他の端部は建築物の天井部で分岐
し、それぞれ必要に応じて設けられる光コネクタ
７２を介して光拡散器７４へ接続されている。こ
の光拡散器７４は下端が開口したケース７６へ光
透過率の良好な光拡散板７８が固着されて下端開
口部を塞いでおり、この光拡散板７８が天井壁８
０へ固着されている。

ケース７６の上端へ必要に応じて取りつけられ
る光コネクタ７２にはバンドル光フアイバ８２が
接続されてバンドル光フアイバケーブル５０から
の光を受け取るようになつており、この光フアイ
バケーブル８２の先端部は光フアイバ８２Ａに分
岐して光拡散板７８のほぼ全域に分散し、光拡散
板７８へ取りつけられている。従つて光拡散板７
８は光フアイバケーブル８２からの光を室内へ広
く分散することができる。

このような光拡散器７４は光コネクタ７２をバ
ンドル光フアイバケーブル５０へ結合すると共に
天井８０へ取りつけるのみで施行が完了するの
で、従来の天井板を天井へ取りつける作業と同様
作業で取りつけ可能で工期が短縮され、天井部へ
の電灯配線が不要で保全性、防爆性が向上してい
る。また従来構造の照明器具が不要となり、天井
部分の軽量化が可能である。

以上の構成より成る本実施例では、日中の晴天
時には集光装置１２で得られる太陽自然光の光量
が充分であり、供給装置３６のランプ５４による
補助光は不要である。太陽光は駆動装置３０，３
１によつて移動フレーム１６，１７が太陽の移動
に追従するため適切に集光され、バンドル光フア
イバケーブル２８、供給装置３６、バンドル光フ
アイバケーブル５０を介して光拡散器７４へ送ら
れ充分に室内照度を得ることができるので人工光
を要せず省エネルギ化が達成できる。昼間時に室
内を暗くする必要が生じた場合には、供給装置３
６内の光路４４へ遮へい板を介在させればよい。
また第１入光部３８と出光部４６との光軸を互に
ずらすことによつても太陽光の遮断が可能であ
る。

曇天時、雨天時、夜間時等にも室内に充分な明
るさを得たい場合には操作盤６６の手動操作によ
り、又は図示しない制御装置の作動で自動的にラ
ンプ５４が点灯し、第２入光部５２からの人工光
が単独で、又は第１入光部３８からの自然光と合
成されて出光部４６へ送られ、バンドルフアイバ
ケーブル５０を介して光拡散器７４へ至り室内の
照明を行う。

供給装置３６内でランプ５４等によつて発生し
た熱は排気通路１４０を通つて排出されるが、こ
の排気通路１４０に設けられたフインコイル１４
４は供給装置３６の排熱を水熱交換部１４６へ有
効に伝達するので、排熱が温水１５０へ回収され
て給湯用、暖房用または冷房用に用いることがで
きる。

次に第５図には本発明の第２実施例に係る供給
装置１３６が示されている。この実施例では第２
入光部５２の光軸が第１入光部３８の光軸と直角
とされており、この第２入光部５２からの光路１
６２は第１入光部３８からの光路と直交してい
る。この直交部には光路４４の光軸に対して４５
度傾斜して配置されたハーフミラー８４が配置さ
れており、第１入光部３８からの自然光を出光部
４６へ透過し、第２入光部５２からの人工光を出
光部４６へ反射できるようになつている。

従つて第２入光部からの光路１６２は出光部４
６側が光路４４と同一光路となつており、太陽光
と人工光はバンドル光フアイバケーブル５０への
入射角が等しくなつている。

この実施例では箱体３７と水熱交換部１４６と
が複数のヒートパイプ１６６で連絡されて排熱回
収装置を構成している。これらのヒートパイプ１
６６は内部にウイツク及び熱媒体が封入されてお
り、排気通路１４０で吸熱した熱媒体が蒸発して
パイプ内を水熱交換部１４６へ至り、温水１５０
と熱交換して凝縮し液体となつてウイツク内を流
れ、再び排気通路１４０まで至るようになつてい
る。なお水熱交換部１４６内のヒートパイプ１６
６には熱効率を向上するために複数個のフイン１
６８が設けられている。

従つてこの第２実施例においても供給装置３６
は集光した自然光を拡散器７４へ送ることができ
るとともに必要に応じてランプ５４からの人工光
を拡散器７４へ送ることができる。また前記実施
例と同様に供給装置３６で発生した熱をヒートパ
イプ１６６で回収して温水１５０を温度上昇させ
ることができ、給湯、暖房、冷房用等に用いるこ
とができる。

この第２実施例に用いた供給装置１３６を第１
実施例のフインコイルを用いた排熱回収装置と組
み合わせることも、またこの第２実施例のヒート
パイプを用いた排熱回収装置を第１実施例の供給
装置３６と組み合わせることも可能である。

また、この第２実施例の構成とは逆に、第２入
光部５２からの光路を直線状に配し、この光路内
へハーフミラーを設けて第１入光部３８からの太
陽光をハーフミラーで反射させて出光部へ送る構
造にすることも可能である。

次に第６図には本発明の第３実施例が示されて
おり、集光装置１１２から供給装置３６へ光ダク
ト８６が用いられて集光搬送路を形成している。
光ダクト８６は中空ダクト本体８８の屈曲部にそ
れぞれミラー９０が配置されて内部を集光が搬送
されるようになつている。

このダクト本体８８の一端８８Ａは建築物１０
の屋上へ向けて下向に配置されており、他端は建
築物１０内へ導かれており、建築物の各階に対応
して中間部に設けられた複数個の分光ミラー９２
は集光の一部を分岐してそれぞれ各階層の供給装
置３６へ送るようになつている。この分光ミラー
９２による分光は直接に、又はバンドル光フアイ
バー９４を介して第１入光部３８へ送られる構成
となつている。

またこの実施例の集光装置１１２は太陽光が集
光レンズ９６，９８を介してミラー１００へ送ら
れ、このミラー１００は太陽光を反射してダクト
本体８８の一端８８Ａへ送るようになつている。

この集光レンズ９６，９８は前記第１実施例と
同様に常に太陽の移動に追従して垂直軸及び水平
軸回りに駆動制御され、ミラー１００もこの移動
に応じて移動し集光レンズ９６，９８からの集光
を常にダクト本体８８の一端８８Ａへ送るように
なつている。

従つてこの実施例でも太陽光は効率良く供給装
置３６へ送られ、必要に応じて補助照明と共に室
内照明を行うことができる。

このように本発明は集光装置から室内の光拡散
器の間の光フアイバの任意の一部を光ダクトと置
き換え可能である。

次に第７図には本発明の第４実施例が示されて
おり、前記第３実施例の集光装置１１２を用い、
ミラー１００からの反射光を第１実施例と同様の
集光ユニツト１８で集光し、バンドル光フアイバ
ケーブル２８で供給装置へ送るようになつてい
る。但しこの実施例では集光ユニツト１８が建築
物１０の屋上から所定高さに固定されて、集光レ
ンズ２０が下向きに配置されミラー１００へ向い
ている。

従つてこの実施例でも集光装置１１２のミラー
１００が移動する太陽光に追従して傾動し、常に
反射光を集光ユニツト１８へと送るので、光フア
イバケーブル２８は効率良く自然光を供給装置へ
送ることができる。特にこの実施例では集光ユニ
ツト１８が建築物へ固定されるので光フアイバケ
ーブル２８が移動することがなく、耐久性に優
れ、集光レンズ２０へのダスト付着が少い。

次に第８，９図は本発明の第５実施例であり、
集光装置の他の実施例である。この実施例におけ
る集光ユニツト１１８は集合住宅のバルコニーの
柵として多数積み上げて形成されている。このほ
か住宅外壁、屋上等に多数設けることも可能であ
る。

第９図の如く集光ユニツト１１８はガラス又は
軽量コンクリート製のブロツク１２０の外表面に
多数の集光レンズ２０（凸レンズ、フルネルレン
ズ等を用いる）が互に光軸を平行として固着され
ている。各集光レンズ２０の裏面は円錐状の真空
透過室１２２であり、円錐頂部には集光用バンド
ル光フアイバ２４の分岐端末がそれぞれ取りつけ
られて入光端面が集光レンズ２０の光軸と一致し
ている。この集光用バンドル光フアイバ２４の他
方は前記第１実施例と同様にバンドル光フアイバ
ケーブル２８を介して供給装置へ接続されてい
る。

従つてこの実施例の集光ユニツトは建築物の一
部として用いることができ、しかも固定式である
ため保守管理が容易である。

なお上記各実施例では太陽光集光装置が移動太
陽に追従する構造及び建物へ固定する構造を示し
たが必要に応じて移動できる半固定式の集光装置
も適用可能であり、またこれらの集光装置は建築
物の外部へ設置するものに限らず、太陽光を集光
可能な建築物内部へ設けることもできる。

上記実施例の人工光は高輝度ランプを用いてい
るが、他の人工光源も使用可能であり、太陽光を
光以外のエネルギに蓄積した後に再び光エネルギ
に変換した人工光源も使用可能である。

さらに上記実施例の光拡散器は室内天井壁へ取
り付ける構造であるが、側壁等の他の壁面へも取
り付けることができ、場合によつては室内へ立設
されるスタンド形としても適用可能である。

加えて上記第１、第２実施例の水熱交換器及び
フインコイル及びヒートパイプを複数段に配置し
て高温水を得ることができることは言うまでもな
い。

以上説明した如く本発明に係る太陽光利用照明
装置は集光装置からの自然光と人工光源からの人
工光とを供給装置で建物内の拡散器へ送るので太
陽光を有効に利用して省エネルギ効果を得ること
ができ、補助照明として人工光を用いるにも拘わ
らず天井の電灯配線を不用とし、排熱回収装置に
より供給装置の発生熱を回収するので熱効率を向
上して更に省エネルギ効果を高めることができる
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る太陽光利用照明装置の第
１実施例を示す断面図、第２図は集光ユニツトを
示す断面図、第３図は供給装置、排熱回収装置及
びその関連部品を示す概略図、第４図は天井壁へ
の拡散器取りつけ状態を示す断面図、第５図は本
発明の第２実施例に係る供給装置を示す概略図、
第６図は本発明の第３実施例に係る集光装置及び
光ダクトを示す断面図、第７図は本発明の第４実
施例に係る集光装置を示す側面図、第８図は本発
明の第５実施例に係る集光装置を示す斜視図、第
９図は第８図に用いる集光ユニツトを示す断面図
である。 １０…建築物、１２，１１２…集光装置、２８
…バンドル光フアイバケーブル、３６，１３６…
供給装置、３８…第１入光部、４６…出光部、５
０…バンドル光フアイバケーブル、５２…第２入
光部、５４…ランプ、５８…スイツチ、７４…光
拡散器、８０…天井壁、８６…光ダクト、１４０
…排気通路、１４２…排熱回収装置、１４４…フ
インコイル、１４６…水熱交換部、１６６…ヒー
トパイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 建築物へ取りつけられて太陽光を集める集光
   装置と、この集光装置からの集光を移送するバン
   ドル化された光フアイバと、建築物内へ設けられ
   前記光フアイバの端部が接続されて移送された光
   を拡散する拡散器と、前記光フアイバを用いて人
   工光を前記拡散器へ送る供給装置と、一端がこの
   供給装置へ他端が排熱回収水熱交換部へそれぞれ
   接続されて供給装置の排熱を回収する排熱回収装
   置と、を有する太陽光利用照明装置。 ２ 前記供給装置は人工光源及びこの人工光源に
   対応する光フアイバ中間部を収容する箱体が設け
   られることを特徴とした前記特許請求の範囲第１
   項に記載の太陽光利用照明装置。 ３ 前記箱体の排気通路へ熱交換部が設けられて
   回収した排熱を前記水熱交換部へ送ることを特徴
   とした前記特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の太陽光利用照明装置。 ４ 前記排熱回収装置はフインコイル形熱交換器
   であることを特徴とした前記特許請求の範囲第３
   項に記載の太陽光利用照明装置。 ５ 前記排熱回収装置はヒートパイプ形熱交換器
   であることを特徴とした前記特許請求の範囲第３
   項に記載の太陽光利用照明装置。