JP6627018B2 - 太陽光採光照明装置 - Google Patents
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例えば、特許文献1(特開2006−228663号公報)に開示された採光装置が知られている。
特許文献1に開示された採光装置は、図6に示すように、屋上に設けた太陽光を受光する採光手段4とその内部に設けた静止集光反射板17、採光手段4からの光をその内面で反射させながら所定方向に導く筒状の導光手段6と、屋内の天井12に設けられ、導光手段6により導光された光を屋内に照射する照射手段8を備えた採光装置が開示されているが、特に、導光手段6に採光手段4側から照射手段8側に向けて横断面積が拡大する拡大部68が設けられ、この拡大部68を経て屋内を照明する照明手段72に接続されている点が特徴的である。
特許文献2に開示された採光装置は、図7に示すように、壁面など屋外に設けた太陽採光部2、導光部4、放光部5からなる光ダクトシステムを備えたものである。少なくとも2種以上の樹脂が交互に30層以上積層されている構造を含んでいることが開示され、光ファイバーの原理で屋内の所望の箇所に光を伝送できることを特徴としている。
特許文献3に開示された採光装置は、図8に示すように、採光装置12と導光装置14とを接続して照明システム11を構成するものである。採光装置12は、光学系21を搭載しておりカバー体22で覆っている。このカバー22に赤外域光を反射する光干渉多層膜を備えた光学フィルタ28を備え、赤外光を反射させて室内の温度上昇を防ぎつつ、照明光を取り込むことを特徴としている。
特許文献4の採光装置は、開口や光学系システムを時間に応じて回動して太陽光軸を追尾させる方式を採用したものである。図9に示すように、多数枚のレンズ11 〜1n が配設されているレンズホルダ2と、該レンズホルダ2を水平軸6のまわりに回転自在に保持するレンズホルダ支持部材7と、該レンズホルダ支持部材を垂直軸のまわりに回転自在に搭載する回転基台8と、前記レンズホルダの後方に配設された反射板とを有する。センサ13によって前記レンズホルダのレンズ面が太陽に直面するように前記水平軸6及び回転基台8が制御され、前記レンズによって集光された太陽光が前記反射板によって反射されて前記基台の下方の屋内に導かれるという採光システムとなっている。
特許文献5に開示された採光装置は、図10に示すように、屋上など屋外に設置した採光部となる凹面鏡状の集光手段2と、集光した太陽光を光ファイバー3により屋内に導き入れ、導光路4を介して太陽光を所定の照明部9から出射する採光システムが開示されている。ここで、集光手段2の凹面鏡が太陽光の照射方向に追従しながら可動することを特徴としている。
それは、安価で簡単な構造でありながら、朝方、夕方という太陽光の照射角度が低い時間帯において光量を確保することである。つまり、従来技術は、日中や特定時間において光量は得られるが、朝方や夕方の光量が十分には確保できないものやモーターなどの稼働部を備えて高価なものであった。
そこで、本発明は、屋上に設置した採光部により安価かつ効率的に自然光である太陽光を屋内に導き、かつ屋根に開ける孔の径を低減しつつ、安価で簡単な構造でありながら、朝方、夕方という太陽光の照射角度が低い時間帯において光量を確保できる太陽光採光照明装置を提供することを目的とする。
なお一例としては、東側傾斜面の折り曲げ角度が40〜50度であり、西側傾斜面の折り曲げ角度が40〜50度である。
受光開口部の開口の内面形状が逆円錐台状の筒体の内面形状の一部をなし、その前記開口が南中方向に開口し、その開口縁の上側頂辺が少なくとも夏至の南中角度以上に開口しており、その開口縁の下側頂辺が少なくとも冬至の南中角度以下に開口しており、前記導光部の径が前記受光開口部の開口縁の径より小さく絞られている構造とすることが好ましい。
上記構成により、南側に向けて固設する受光開口部の開口形状が、太陽光をもっとも効率的に受けることができる条件を満たすよう工夫できる。
図1は実施例1にかかる採光照明装置100の構成例を簡単に示した図である。
図1(a)は上方から見た平面図、図1(b)は正面図、図1(c)は図1(a)におけるA−A線縦断面図を示している。なお、図1(b)では屋根の断面および屋内の導光部120および照明部130も簡単に図示している。
図1に示すように、本発明に係る採光照明装置100は、受光開口部110、導光部120、照明部130、北側反射板140、東側反射板150、西側反射板160、透明ドーム体170を備えた構成となっている。図には設置個所となる屋根200と取り付け孔となる屋根開口210も図示されている。
以下、各構成要素を説明する。
受光開口部110は、屋外に設置され、太陽光を取り込む開口を備えたものであり、ここでは屋根200に設けられた屋根開口210に対して開口基端部113が嵌まり込むように取り付けられている。
ここで、本発明に係る濃縮光の採光照明装置100は、その一部が建物の外壁に設置するものであるので、消防法または建築基準法の規制に合致するように各部材を構成することが好ましい。
この構成例では、図1に示すように、受光開口部110の開口111の内面形状が逆円錐台状の筒体の内面形状の一部形状となっている。逆円錐台状の筒体が斜めに設けられ、下側が水平に切られたような形状となっている。そのため、開口縁112の径よりも開口基端部113の径が小さくなっている。開口縁112の径よりも開口基端部113の径が絞られていることにより、屋根開口210に比べてより大きな面積の太陽光を集光できるものとなっている。また、開口縁112の径よりも開口基端部113の径を絞ることによって、屋根200に対して開ける貫通孔となる屋根開口210の面積を小さく抑えることができ、屋根の設置工事負担の抑制にもつながる。
受光開口部110は、その開口111が南中方向に向くように取り付けられている。ここで、開口111の開口角度および屋根200への取り付け角度に工夫がある。図1に示すように、開口縁112の上側頂辺が少なくとも夏至の南中角度以上に開口しており、その開口縁112の下側頂辺が少なくとも冬至の南中角度以下に開口するように取り付けられている。
図2(a)は、夏至の南中角度にある太陽光の入射角度と、採光照明装置100の受光開口部110の開口縁112の上側頂辺の角度との関係を簡単に示した図である。受光開口部110の開口縁112の上側頂辺を中心に図示している。
日本には緯度差があるため設置場所の緯度にもよるが、例えば東京の場合であれば夏至の南中角度は約78度である。図2(a)に示す例では、受光開口部110の開口縁112の上側頂辺の開口角度が80度となっており、受光開口部110の開口縁112の上側頂辺の開口角度の方が夏至の南中角度にある太陽光の入射角度78度よりも若干大きいため、効率的に受光開口部110の開口111で夏至の太陽光を集光できることが分かる。
例えば東京の場合であれば冬至の南中角度は約32度であり、図2(b)に示す例では、受光開口部110の開口縁112の下側頂辺の開口角度が30度となっている。受光開口部110の開口縁112の下側頂辺の開口角度の方が冬至の南中角度にある太陽光の入射角度32度よりも若干低いため、効率的に受光開口部110の開口111で冬至の太陽光を集光できることが分かる。
導光部120の径は特に限定されないが、例えば、受光開口部110の開口基端部113の径と同じ程度の径でも良いし、受光開口部110の開口基端部113の径より小さい径でも良いし、逆に大きな径でも良い。
ここで、照明部130の部材として、光を拡散させるためすりガラスやすりパネルとすることできる。
まず、北側反射板140を説明する。
図3は、日中で比較的に日が高い時間帯(例えば午前11時)における太陽光の受光の様子について説明する図である。
北側反射板140は、受光開口部110の内側で北側寄りに設置した反射率の高い部材である。少なくとも南側の面は鏡面仕上げとなっている。
北側反射板140の形状は限定されないが、ここでは下部縁は受光開口部110の縁に沿って湾曲しており、その上部に図1に示すような曲面状のものとして形成されている。
北側反射板140の設置角度は受光開口部110の開口縁112の上側頂辺の開口角度よりも傾きを持って設けられており、南東付近から南西付近から来る太陽光を下方にある受光開口部110に向けて反射するものとなっている。
図3は、受光開口部110よりも上側を通過して本来なら後方の屋根に到達する太陽光を北側反射板140によって反射して受光開口部110側に向けて照射する様子を示す図である。
日中は照射角度が比較的高く、直接受光開口部110に直接入射する太陽光はそのまま受光されるが、さらに北側の北側反射板140に照射される太陽光を反射させて受光開口部110に受光される光量を増加せしめるものである。
東側反射板150は、図1に示すように、受光開口部110内において、南中方向に沿って立設された基板と、当該基板の上部において東側外方へ折り曲げられ、受光開口部110よりも上に突出した東側傾斜面を備えたものである。
この例では、東側反射板150、西側反射板160とも、表裏両面が反射率の高い鏡面により形成されたものである。
この例では、図1に示すように、東側反射板150、西側反射板160は、受光開口部110の中央に東西一対で立設されており、正面方向からみて東側傾斜面と西側傾斜面がYの字のように外方に開いた形状となっている。
図4(a)は、東側反射板150により朝方近くの太陽光を受光して反射する様子を簡単に示す図である。受光開口部110と東側反射板150を中心に図示している。
図4(a)に示すように、朝方近くの太陽光は低い角度で入射するため受光開口部110の開口111には直接入射しづらいが、受光開口部110より高く掲げられている東側反射板150で反射した太陽光が受光開口部110側に折り返され、受光開口部110の開口111に反射光が集光できる。
例えば、東側傾斜面は40〜50度ぐらいの折り曲げ角となっており、受光した太陽光を下方に反射して受光開口部110に受光させることができるものとなっている。
図4(b)は、西側反射板160により夕方近くの太陽光を受光して反射する様子を簡単に示す図である。受光開口部110と西側反射板160を中心に図示している。
図4(b)に示すように、夕方近くの太陽光は低い角度で入射するため受光開口部110の開口111には直接入射しづらいが、受光開口部110より高く掲げられている西側反射板160で反射した太陽光が受光開口部110側に折り返され、受光開口部110の開口111に反射光が集光できる。
例えば、西側傾斜面は40〜50度ぐらいの折り曲げ角となっており、受光した太陽光を下方に反射して受光開口部110に受光させることができるものとなっている。
図5は、日中で比較的太陽が高い時間帯における東側反射板150および西側反射板160による太陽光の反射について説明する図である。例えば午前11時ぐらいのものとする。
つまり、東側反射板150および西側反射板150に対して上方から照射された太陽光のうち、東側傾斜面や西側傾斜面に照射された太陽光は、それらの間の反射を繰り返して受光開口部110へ照射される。なお、東側傾斜面や西側傾斜面の間を通り抜けた太陽光はそのまま直進して受光開口部110に照射される。
また、東側反射板150の東側傾斜面の外側を通って受光開口部110に入射する太陽光はそのまま受光され、また、西側反射板160の西側傾斜面の外側を通って受光開口部110に入射する太陽光もそのまま受光される。
110 受光開口部
111 開口
112 開口縁
113 開口基端部
120 導光部
130 照明部
140 北側反射板
150 東側反射板
160 西側反射板
170 透明ドーム体
Claims (4)
- 屋外に設置され、太陽光を取り込む開口を備えた受光開口部と、
前記受光開口部で受光した太陽光を屋内に導光させる導光部と、
前記導光部を介して送光された前記太陽光を屋内の所定箇所で出光させる照明部と、
前記受光開口部内において南中方向に沿って立設された東側基板と、前記東側基板の上部において東側外方へ折り曲げられ前記受光開口部の上方に突出した東側傾斜面を備えた東側反射板と、
前記受光開口部内において南中方向に沿って立設された西側基板と、前記西側基板の上部において西側外方へ折り曲げられ前記受光開口部の上方に突出した西側傾斜面を備えた西側反射板を備え、
前記東側傾斜面の下面に東側から照射された太陽光が下方に反射され前記受光開口部に向けて照射され、前記西側傾斜面の下面に西側から照射された太陽光が下方に反射され前記受光開口部に向けて照射されるよう構成され、
前記受光開口部の開口の内面形状が逆円錐台状の筒体の内面形状の一部をなし、その前記開口が南中方向に開口し、その開口縁の上側頂辺が少なくとも夏至の南中角度以上に開口しており、その開口縁の下側頂辺が少なくとも冬至の南中角度以下に開口しており、前記導光部の径が前記受光開口部の開口縁の径より小さく絞られていることを特徴とする太陽光採光照明装置。 - 前記西側傾斜面の角度がその上面に対して東側から照射された太陽光が、前記東側反射板に向けて反射され、前記東側反射板と前記西側反射板の間の反射を経て前記受光開口部へ照射される角度であり、
前記東側傾斜面の角度がその上面に対して西側から照射された太陽光が、前記西側反射板に向けて反射され、前記東側反射板と前記西側反射板の間の反射を経て前記受光開口部へ照射される角度であるように構成された請求項1に記載の太陽光採光照明装置。 - 前記東側傾斜面の折り曲げ角度が40〜50度であり、前記西側傾斜面の折り曲げ角度が40〜50度であることを特徴とする請求項2に記載の採光照明装置。
- 前記受光開口部内の北側寄りに前記受光開口部よりも高く立設され、受光した太陽光を下方に反射して前記受光開口部に向けて照射する角度に調整された北側反射板を備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の濃縮光の太陽光採光照明装置。
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