Солнечное оптоволоконное осветительное устройство
Солнечное оптоволоконное осветительное устройство предназначено для освещения темных помещений естественным солнечным светом. Солнечный свет без преобразования в другой вид энергии фокусируется и передается в темное помещение по оптоволоконному кабелю, что позволяет обеспечить высокую электрическую безопасность даже в помещениях с высокой влажностью. В устройстве используются неподвижная изогнутая плосковыпуклая цилиндрическая линза, и прозрачная коническая воронка. Они сужают солнечный световой поток и направляют его на входной торец оптоволоконного кабеля в течение всего светового дня. Такое решение исключает использование в устройстве параболического фокусирующего отражателя, электропривода и автоматической системы слежения, направляющих отражатель в сторону солнца, перемещающегося по небосводу. Отсутствие подвижных элементов, имеющихся в существующих в настоящее время подобных приборах, значительно упрощает устройство, увеличивает надежность, снижает стоимость и исключает необходимость в дополнительном электропитании.
Полезная модель 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.).
Общеизвестные осветительные приборы - электрические лампы, обладают существенными недостатками: относительно высоким энергопотреблением, электрической и пожарной опасностью, необходимостью их постоянного включения и выключения, а также необходимостью замены ламп при их сгорании из-за их малого срока службы.
В настоящее время, архитекторы, решая вопросы освещения, все чаще стараются использовать естественный свет. Одним из таких решений являются зенитные фонари - световые прозрачные конструкции в кровле здания. Зенитные фонари можно установить на крыше любой формы, устранив тем самым недостаток естественного освещения помещения. Однако, зенитные фонари дороги и ограничены в применении, т.е. могут устанавливаться, только на верхних этажах зданий. Система зеркал, часто применяемая в густонаселенных кварталах некоторых стран, тоже не всегда применима, поскольку, может быть использована только в условиях хорошей прямой видимости. Кроме того, велика ширина канала передачи света, из-за отсутствия уплотнения светового потока в такой системе. Ширина канала равна площади одного зеркала.
Сравнительно недавно начали использовать оптоволоконные и полые световоды. Данный вид осветительных приборов также является примером современных энергосберегающих технологий. Свет, идущий от источника, попадает во входной торец световода и, за счет внутреннего отражения, проходит по его каналу и выходит из выходного торца. Отсутствие электрического тока в световоде (а, следовательно, и отсутствие нагрева) устройства оптоволоконного освещения дают ему некоторые преимущества над другими видами. Эта особенность позволяет использовать такое освещение при подсветке бассейнов, аквариумов и помещений с повышенной влажностью. Кроме того, оптоволоконные световоды удобны при монтаже. Однако, все же главным достоинством оптоволоконного освещения является экономичность. Ведь галогенная лампа, которая в данном случае служит источником света, способна почти без потерь преобразовывать электрическую энергию в световую энергию.
Но, ближайшим прототипом заявляемому устройству, являются гибридные оптоволоконные световоды прямого солнечного света (см. приложение). Эти световоды применяются для прямой поставки естественного дневного света внутрь освещаемых помещений. Они состоят из коллектора, параболического зеркала, подобно параболической антенне, фокусирующего, но только, солнечные лучи в приемник и транспортируемые затем в освещаемое помещение с помощью оптоволоконного кабеля. Устройство содержит систему позиционирования, которая поворачивает зеркало в течение дня, постоянно направляя его на солнце, как это делает всем известный подсолнух. В течение дня установленный на крыше коллектор и вспомогательное зеркало собирают солнечную энергию, отслеживая ход светила по небу. Такое решение делает устройство сложным и дорогостоящим. Наличие системы слежения за солнцем, поворотного мотто подвесного кронштейна, требуют внешнего электропитания подводимого от сети, или получаемого от преобразования световой энергии в энергию электрическую. Как следует из приложения, 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.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение стоимости и энергопотребления оптоволоконных осветительных устройств, их упрощения, увеличение их безопасности, срока службы и надежности при освещении труднодоступных, влажных, темных помещений. Этот технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве солнечный свет, с помощью специальной неподвижной линзы и конической воронки фокусируется на один торец оптоволоконного кабеля. С другого торца этого кабеля, помещенного в темном помещении, свет рассеивается с помощью рассеивающей сферы или линзы, освещая это помещение. При этом устройство значительно упрощается, исчезает необходимость позиционирования фокусирующего блока устройства в течении светового дня, полностью отсутствует потребление электроэнергии, значительно увеличивается, и становится практически не ограниченным, срок службы устройства, существенно возрастает безопасность его эксплуатации. Это позволяет использовать данное устройство не только в помещениях с повышенной влажностью, но и в воде (бассейны, аквариумы), и во взрывоопасных помещениях (шахты, рудники и химические предприятия).
Заявляемая полезная модель, предназначенная для освещения естественным солнечным светом темной комнаты (ванная комната, туалетная, гардеробная, прихожая) обычной жилой квартиры представлена на фигуре 1. Фокусирующий блок устройства, состоящий из плосковыпуклой фокусирующей линзы (1), корпуса (2) и цилиндрической прозрачной воронки (3), закрепляется с помощью кронштейна (4) на южной (солнечной) стене дома, и ориентируется на солнце по азимуту и углу места (подобно спутниковой параболической антенне). Плосковыпуклая фокусирующая линза должна иметь специальную форму, напоминающую боковой срез торроида (фигура 2), для того, чтобы при изменении положения солнца на небосводе в течение дня, не смещалась фокусная площадка, на которой концентрируются солнечные лучи. Выпуклое основание конической воронки, выполненной из прозрачного материала в виде усеченного конуса, совмещено с фокусной площадкой линзы, а вершина совмещена с входным торцом оптоволоконного кабеля (5). Поток света попадает в основание воронки, проходит через нее, сужаясь до размеров торца оптоволоконного кабеля. Затем, свет по кабелю попадает в рассеивающую сферу (6) и равномерно распределяясь, освещает темное помещение. Таким образом, солнечный свет транспортируется в темное помещение без какого либо преобразования в другие виды энергии. Устройство совсем не потребляет электроэнергии, что обеспечивает его высокую экономичность.
Надежность данного осветительного устройства очень высока, поскольку оно не содержит подвижных деталей, и не зависит от различного рода электроламп, электроприводов, системы позиционирования, электроснабжения, электронных преобразователей, выключателей и т.п. Детали осветительного устройства практически не нагреваются, исключается возможность возникновения искр от короткого замыкания, чем достигается высокий уровень безопасности при его эксплуатации.
Розничная цена таких простых и надежных осветительных устройств, при их массовом производстве может быть меньше, чем цена одной светодиодной лампы, т.е. не превышает полторы тысячи рублей (не более 50 долларов). А срок службы практически не ограничен и зависит от оптических свойств используемых материалов, и на несколько порядков превышает срок службы газоразрядных ламп и тем более, ламп накаливания.
Солнечное оптоволоконное осветительное устройство, содержащее оптоволоконный кабель и рассеивающую линзу, отличающееся тем, что устройство содержит неподвижную изогнутую цилиндрическую плосковыпуклую фокусирующую линзу, помещенную в зеркальный корпус, который с помощью кронштейна крепится на солнечной стене дома, в фокусе линзы помещается выпуклое основание прозрачной фокусирующей воронки в виде усеченного конуса, вершина воронки соединена с входным торцом оптоволоконного кабеля, а выходной торец кабеля находится в темном помещении и на его конце имеется рассеивающая линза, равномерно распределяющая световой поток.
