JPH0434805A - 採光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、居住用建物、オフィスビルなどの照明に使用
される採光装置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 従来、屋外の光を室内に導く採光装置としては。

特開昭６２−９６９１４号公報に示すように、レンズ等
で集光した太陽光を適当な室に光ファイバーで伝え、こ
の光ファイバーの出口に光拡散装置を用いて必要とされ
る室に太陽光を導入するものがあった。

また、他の従来例として、取り入れた太陽光線を光ダク
トを介在させて室内に導く方式の太陽光線利用システム
も紹介されている。

（昭和６３年度日本太陽エネルギー学会・日本風力エネ
ルギー協会・合同研究発表会講演論文集第　１６９頁〜
第　１７２頁） ［発明が解決しようとする課題］ ところで、このように構成される従来の採光装置では１
次の問題点があった。

■取り入れる太陽光は時刻、季節によってその高度、方
位が変化するため、固定された光ダクトに対して直接、
平行光線として導入できず、光ダクト中で反射を繰り返
して、室内に搬送される。

このため搬送効率が変化し、ごく限られた時間しか有効
に機能しない。

■このため、太陽を追尾しようとすると高価で複雑な構
成の追尾装置が余分に必要であり、また大型化するので
屋根にのせるのが困難であった。

本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決するよ
うにした採光装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の採光装置は太陽光線を室内に導く採光装置にお
いて、光を取り入れる採光部をプリズムと、このプリズ
ムで薬められた光をさらに高密度に集める高密度集光レ
ンズとで構成するようにしたものである。

［作用コ 本発明の採光装置では、太陽光線の採光部をプリズムと
高密度集光のレンズ（ピボットレンズ等）とにより構成
しているので、プリズムの部分では。

その内面反射を利用して一方の面から入射した光を効率
良く他面へ集光でき、このため入射光の変位にかかわら
ず、−日での受光量を略一定とすることができる。

また、高密度集光レンズの部分ではプリズムで受光され
た光を高密度に集光できるから各室への搬送光の搬送効
率を向上できる。

この場合、プリズムを複数枚組み合わせれば採光面積を
大とでき、また高密度集光レンズも複数枚配置すれば採
光される光の密度をさらに向上させることができる。

［実施例］ 次に９本発明による採光装置の実施例を第１図〜第５図
に基づいて説明する。

第１図は３本発明を適用した太陽光線利用システムの構
成を示す住宅の１例であり、建物は南側に面して、１Ｎ
の部屋１．２１１１の部屋２．北側に風呂３と台所４．
地階に地下室５．屋根６には採光装置ヱを有している。

この建物では、地下室５は、当然として、北側にある風
呂３や台所４にも窓が設けてなく１周壁８を充分な厚み
の断熱壁にする一方、これらの部屋の昼間の照明は採光
装置ヱからの光を用い、光拡散装置９，１０．１１によ
って光が各部屋３゜４．５に供給されるようになってい
る。

この場合、採光装置ヱは１図示のように屋根６に嵌め込
まれた採光部上λとこの採光部１２から取り入れた光を
室内へと導く導光ダクト２２より構成される。

なお、導光ダクト２２の上端は第１図に示すように採光
部Ｈと連通された導光ダクト２０の下端に臨むように両
方のダクト２０及び２２が一体もしくは別体に設けられ
各室１〜５に光を導くように配置されている。

また、導光ダクト２０内にはフレネルレンズ２１が配置
される。

ここで１本発明の採光部１スの原理について第３図およ
び第４図により先ず説明する。

本発明の採光部長はプリズムと高密度集光レンズを組み
合わせて構成されるので、先ずこれらの構成・作用につ
いて説明する。

（１）プリズム 第３図（イ）、（ロ）は夫々本発明に使用されるプリズ
ム１３の斜視図と縦断正面図である。

同図に示すように頂角αのプリズム１３に太陽Ｓから入
射角り、で光が照射されるとプリズム１３内で同図（ロ
）に示すように各内部反射角ｈ２〜ｈ、で反射を繰り返
して最終的に集光面１３ａに光が集光し、集光面１３ａ
がち外部へ光が伝えられる。なお、プリズム１３の底面
には破線で示すように反射膜１３ｂが設けられているも
のとし、内部反射角ｈ５は各材料で決定される臨界角よ
り小さくなるように選ぶものとする。

プリズムの屈折率をｎとするとき。

ｈ、≦ｃｏｓ−’　（１／ｎ）　１１．（１）が成立す
る。

入射角り、が（１）式を満足するためにはｈ１≦ｃｏｓ
−’（ｎ　ｃｏｓ［ｃｏｓ−’（１／ｎ　）＋２　ａ　
］）　・・（２）ｎ＝１．５．α＝２５°とすると（１
）、　（２）式よりｈｓ≦４８．２＠ｈｌ≦１０２．３
’となる。

太陽高度が夏至の季節では東京で約７５°となるので。

太陽高度子α；７５°＋２５°＝ｉｏｏ”この場合り、
≦１ｏ２゛を満足するので、前述のり、≦１０２°とい
う条件は固定型のプリズムでも十分太陽光線を集光でき
ることを示すものである。

ｔな、プリズムの底面を放物線等の曲線に形成すること
により、さらに効率を高めることが可能である。

さらに入射面を東西方向に曲がった曲面に形成すること
により、太陽の日周運動に対応する形状となるので、効
率はさらに向上する。

（２）高密度集光レンズ 高密度集光レンズとしては、第４図に示すような円錐状
のピボットレンズがある。

この原理はプリズムと同様で、第４図に示すようにピボ
ットレンズ１４の入射面１４ａに入射された光は内部反
射を利用して集光面１４ｂに集光する。

集光面１４ｂに光ファイバーやダクト（図示せず）を連
結する場合には集光面１４ｂ側に適切なフレネルレンズ
を用いることにより、効率良く後方の室等へ搬送できる
。

（３）プリズムと高密度集光レンズの組合わせ前述した
プリズム１３と高密度集光レンズ１４を組合わせるとさ
らに有効であり、この構成例を第５図に示す。

同図（イ）はプリズム１３の後方の集光面１３ａに高密
度集光レンズ１４の入射面↓４．ｉ！を当てがうように
した基本形態である。

また、同図（ロ）はこの応用例で、前方のプリズム１５
を複数個たとえば２個のプリズム１５ａ＋、１５ａｚに
分割したものを並置し、これらプリズムの集光面１５ｂ
＋、１５ｂ２に追加のプリズム１６を横向きに配置し、
さらに追加のプリズム１６の集光面１６ａに入射面１７
ａを当てがっな高密度集光レンズ１７を配置するように
した例で、このように構成すれば、高密度集光レンズ１
７は１個でも大面積からの採光が可能となる。

さらに、これを１ユニツトとし、並列に接続すれば非常
に大きな面積からの採光が可能となる。

本発明の最適実施例としては第２図に示すように複数個
のプリズムと複数個のレンズとを組み合わせたもので、
第５図（ロ）の応用例としての構成となる。

すなわち、第５図において、１５ａ＋〜１５ａ７は並置
されるｎ個の前方のプリズム、１６および１６°は夫々
これらプリズム１５ａ１〜１５ａｎの集光面に対して相
対向する向きで横向きにに配置された２個の後方のプリ
ズム、１７ａおよび１７ｂは夫々これら後方のプリズム
１６および１６゛の集光面に入射面が当てがって配置さ
れるピボットレンズ等の高密度集光レンズ、１８ａおよ
び１８ｂはこれらレンズ１７ａおよび１７ｂの集光面に
設けられた光ファイバーである。

１９は塵埃浸入防止の役目のために設けられた透明のガ
ラスである。

以上のような構成において、昼間は、太陽光線が採光装
置ヱによって集められ、北側の各部屋３゜４．５に供給
されるが、この場合照射された太陽光線は採光部上λの
各プリズム１５　ａ　１〜１５　ａ　ｈの集光面を経て
プリズム１６，１６”の集光面へ集光され、さらにレン
ズ１７ａ、１７ｂで濃縮され、光ファイバー１８ａ、１
８ｂへと送られて導光ダクト２０に出射され、同ダクト
２０内に配置されたフレネルレンズ２１により平行光線
化された上、以降は導光ダクト２２゛により各室へと効
率良く搬送される。

［発明の効果］ 本発明は上記のように構成したものであるから。

次のような優れた効果を有する。

■プリズムと高密度集光レンズを組み合わせることによ
り太陽光線の入射角が変化しても、照射された太陽光線
は採光部のプリズムでの内部反射によって有効に集光さ
れ、さらに高密度集光レンズによって高密度に集光され
るものであるから、追尾装置なしの固定構造であるにも
かかわらず、太陽光線を効率良く採光することができる
。

■本発明の採光装置は上記のように簡単な構成であるか
ら、屋根への設置は容易であり、設備費も安価にするこ
とができる。

■この場合、プリズムを実施例に示すように複数枚並置
して設けることにより採光面積を大きくすることができ
る。

また高密置薬光レンズも複数対とすればそれだけ採光さ
れた光の密度も向上させることができ、建物での照明の
要求に対し、柔軟に対応できる便利な採光装置としてシ
ステム化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は本発明の一実施例を示すもので、この
白菜１図は本発明採光装置を適用する太陽光線利用シス
テム全体の構成を示す模式的な縦断側面図である。 第２図は本発明の採光部の構成を示す斜視図である。 第３図〜第５図は本発明の採光部の基本構成を示すもの
で、その内第３図（イ）および（ロ）は夫々プリズムの
斜視図および拡大縦断正面図、第４図は高密度集光レン
ズの斜視図、第５図（イ）および（ロ）は夫々プリズム
と高密度電光レンズとの組合せ例を示す斜視図である。 １６．１６’　　ニブリズム １７ａ、１７ｂ：高密度集光レンズ １８ａ、１８ｂ：光ファイバー ２０．２２：導光ダクト ２１：フレネルレンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 太陽光線を室内に導く採光装置において、光を取り入れ
   る採光部をプリズムと、このプリズムで集められた光を
   さらに高密度に集める高密度集光レンズとで構成したこ
   とを特徴とする採光装置。