Гелиолампа

Полезная модель относится к альтернативной энергетике и предназначено для естественного освещения объектов различного назначения: жилых помещений, офисов, детских садов, домиков в лагерях отдыха, санаториях, медицинских пунктов, спортивных залов, бассейнов, палаток для размещения личного состава в полевых условиях, коттеджей, садовых домиков, хранилищ для взрывоопасных изделий, землянок для хранения пиротехнических средств и порохов, закрытых парков-хранилищ техники и вооружения, производственных помещений (цехов), командных полевых пунктов и блиндажей, закрытых автогрузовых контейнеров, машинных залов ГЭС, подвальных помещений, леснических площадок, складов сельскохозяйственной и промышленной продукции, помещений для содержания скота и птиц, трюмов плавсредств, аудиторий учебных заведениях, автотранспортных тоннелей и т.п. Гелиолампа это устройство солнечного освещения, позволяющее создавать естественное освещение в указанных объектах, а в пасмурное и вечернее время использовать аккумулированную, с помощью солнечных батарей, электрическую энергию для освещения. Гелиолампа эффективна не только в создании естественного освещения объектов, но активно санирует помещение, что обеспечивает в ней экологически благоприятную среду, при этом значительно сокращаются расходы на электроэнергию. Экологичность применения Гелиолампы можно проследить на простом примере: электролампа в 150 ватт.(4 лампы F34T12) работает 7 часов в день, 7 дней в неделю, за 26 недель (пол года) с апреля до октября месяц потребляет примерно 150 кВт. электроэнергии, замещение этой электролампы Гелиолампой позволяет уменьшить на 1,3 кг выброса газа СО ₂ за полгода, в это время потребление электроэнергии снижается до 75%. Исследованиями ученых компании Heschong Mahone Group for Pacific Gas & Electric Company () показало, что солнечное освещение школьных помещений улучшает успеваемость учеников и способствует повышению уровня самочувствия. Абсолютная безопасность Гелиолампы делают ее необходимой для использования для освещения помещений с взрывоопасными веществами. Гелиолампа содержит: прозрачный оптически активный купол, верхняя часть этого купола, представляет внешнюю плосковыпуклую рассеивающую линзу, нижняя плоскость которой параллельна горизонтальной плоскости входа в световодную трубу; боковая поверхность оптически активного купола представляет сопряженные между собой усеченные выпукло-вогнутые секторные линзы; обратный усеченный конус, на внутренней поверхности которого размещены солнечные батареи, а на большем диаметре обратного усеченного конуса располагается в горизонтальной плоскости средняя выпукло-вогнутая линза, вогнутая частью которой направлена вовнутрь; световодную трубу, имеющей угол конусности 2°-3°; на входе в световодную трубу размещена нижняя плосковыпуклая линза; защитный усеченный конус; рассеивающий плафон диаметром равным выходному диаметру световодной трубы; круговую светодиодную электролампу, расположенную под углом 45° к плоскости потолка вокруг рассеивающего плафона; плоскую крутую заслонку, со светоотражающей поверхностью; микродвигатель с горизонтальным валом и рычагом, на котором закреплена, плоска круглая заслонка, указанный микродвигатель служит для регулирования или перекрытия светового потока в световодной трубе путем поворота вокруг горизонтального вала с рычагом микродвигателя плоской круглой заслонки на определенный угол; аккумуляторную батарею; пульт управления; клавиши управления; ручной регулятор положения плоской круглой заслонки.

Полезная модель относится к альтернативной энергетике и предназначено для естественного освещения объектов различного назначения: жилых помещений, офисов, детских садов, домиков в лагерях отдыха, санаториях, медицинских пунктов, спортивных залов, бассейнов, палаток для размещения личного состава в полевых условиях, коттеджей, садовых домиков, хранилищ для взрывоопасных изделий, землянок для хранения пиротехнических средств и порохов, закрытых парков-хранилищ техники и вооружения, производственных помещений (цехов), командных полевых пунктов и блиндажей, закрытых автогрузовых контейнеров, машинных залов ГЭС, подвальных помещений, леснических площадок в многоэтажных жилых домах, складов сельскохозяйственной и промышленной продукции, помещений для содержания скота и птиц, трюмов плавсредств, аудиторий учебных заведениях, автотранспортных тоннелей и т.п.

Известно изобретение, содержащее концентратор солнечного света и оптоволоконные световоды [1]. Недостатком предложенного технического решения является отсутствие механизма фокусировки солнечного света на торцы оптоволоконных световодов, что снижает КПД системы гелиоосвещения при изменении солнцестояния, освещение в пасмурное и темное время суток не предусмотрено.

Известно изобретение, содержащее концентратор солнечного света, светораспределяющий коллектор [2]. Основным недостатком этого изобретения является низкий КПД при восходе и при заходе солнца.

Известно изобретение, содержащее солнцепровод и насадку с внутренней зеркальной поверхностью, причем насадка выполнена конусной и отвод в виде полого конуса с внешней зеркальной поверхностью [3]. Основной недостаток этого технического решения заключается в неприспособленности данного солнечного светильника к обычным жилым и нежилым помещениям общего пользования, кроме того, отсутствует система улавливающая солнечный свет при различных углах солнцестояния, из описания не видно способа установки зеркального полого конуса для его точной установки на центр отражательного зеркала, в этом случае возникает ситуация неравномерности освещения.

Известно изобретение [4], содержащее поворотный экран, с секциями снабженные гелиоприемниками, механизмом ориентации, светорассеивающие элементы для каждого освещаемого участка, редуктор привода, фотоэлектрический преобразователь солнечной энергии. Недостатком данного изобретения является сложность механического привода, который, как следует из описания, будет потреблять всю электроэнергию фотоэлектрическими преобразователями, учитывая даже современное состояние развития преобразователей солнечной энергии в электрическую. Например, солнечная батарея размером 1404×794×3 максимально выработает электроэнергию мощностью 50-60 ватт, что явно недостаючно и для управления заявленной [4] конструкцией и обеспечения освещения в пасмурное и темное время суток. Следует отметить, что конструкция дорогая, громоздка и не отвечает современным требованиям дизайна.

Известно изобретение, предназначенное для производственных помещений, содержащее световую шахту в виде короба с внутренней отражающей поверхностью, прозрачное верхнее остекление, параболический поддон с встроенными электролампами и жалюзями [5]. Основным недостатком этого технического решения является неэффективное верхнее остекленение не учитывающее углы солнцестояния, сложность конструкции параболического поддона и узкая направленность применимости световой шахты.

Известна система энергосберегающего освещения, защищенная патентами США [6, 7], и содержащая: светособирающий купол; световодные трубы с внутренней зеркальной поверхностью и, имеющая на конце трубы, светорассеивающую плиту; заслонку для ограничения светопотока; электродвигатель для управления заслонкой. Основным недостатком этой системы является невозможность увеличения интенсивности светового потока, так как диаметр купола и диаметр световодной трубы одинаковы, а также светособирающий купол устанавливается на крыше без учета широты местности.

В качестве прототипа принято изобретение [8], содержащее прозрачный купол, трубчатый световод с различными светоотражающими неровностями с тем, чтобы не свести параллельные лучи в отдельные точки фокусирования. Основным недостатком этого изобретения является наличие прозрачного купола, который часть солнечных лучей все же пропускает через себя, определенные затруднения возникают при изготовлении светоотражающих неровностей внутри световода, кроме того сведение солнечных лучей в фокус внутри световодной трубой физически маловероятно. Следует, отметит, что в пасмурное и темное время суток не предусмотрено освещение за счет запасенной солнечной энергии.

Технической задачей полезной модели является создание конструкции устройства солнечного освещения, обладающего повышенным КПД светопередачи и возможностью использования этого устройства в пасмурное и темное время суток:

Сущность полезной модели заключается: в эффективном сборе солнечных света оптически активным куполом и направлению собранного солнечного света в световодную трубу с помощью внешней плосковыпуклой рассеивающей линзы, боковой поверхностью оптически активного купола, представляющая сопряженные между собой выпукло-вогнутые усеченные секторные линзы, средней выпуклой-вогнутой линзой, расположенной на большем диаметре обратного конуса, нижней плосковыпуклой рассеивающей линзы, расположенной на входе в световодную трубу плоской частью вниз; в наличии конусности 2°-3° стенок световодной трубы, что обеспечивает отражение солнечных лучей от зеркальной внутренней поверхности световодной трубы при малых потерях и обратного отражения, солнечные свет из световодной трубы попадают на рассеивающий плафон, расположенный в центре световодной трубы, вокруг рассеивающего плафона размешена круговая светодиодная электролампа под углом 45° к плоскости потолка, которая в пасмурное и вечернее время, используя энергию, накопленную в аккумуляторной батареи, поступающей от солнечной батареи, размещенной на внутренней стороне обратного конуса, освещает помещение объекта; в наличии круглой светоотражающей панели, размещенной на потолке вокруг круговой светодиодной электролампы, улучшающей освещенность помещения объекта; в возможности управлять интенсивностью освещения, используя пульт управления, микродвигатель, имеющий вал с рычагом, соединенный с плоской круглой заслонкой, имеющей зеркальную поверхность; в наличии механического регулятора положением заслонки (открыто, среднее, закрыто); в повышении КПД Гелиолампы до 95% за счет большей, площади сбора солнечного света и подача его в световодную трубу, диаметром, по крайней мере, меньше чем в 1,5 раза большего диаметра обратного конуса, в размещении оси оптически активного купола под углом соответствующим углу северной широты местности установки Гелиолампы в условиях России.

На Фиг.1 показан общий вид Гелиолампы в разрезе, как вариант применения Гелиолампы для освещения жилых, офисных и учебных помещений. На Фиг.2 показано размещение Гелиолампы для освещения хранилища техники и вооружения; на Фиг.3 показано размещение Гелиолампы для освещения плавательных бассейнов; на Фиг.4 показано размещение Гелиолампы для освещения трюмов плавсредств; на Фиг.5 показано размещение Гелиолампы для освещения складов взрывоопасных изделий; на Фиг.6 показано размещение Гелиолампы для освещение погребков для хранения пиротехнических средств и порохов; на Фиг.7 показано размещение Гелиолампы для освещения полевых командных пунктов и блиндажей; на Фиг.8 показано размещение Гелиолампы для освещения палаток личного состава в полевых условиях; на Фиг.9 показано размещение Гелиолампы для освещения закрытых автогрузовых контейнеров; на Фиг.10 показано размещение Гелиолампы для освещения производственных помещений (цехов); па Фиг.11 показано размещение Гелиолампы для освещения медицинских пунктов; на Фиг.12 показано размещение Гелиолампы для освещения машинных залов ГЭС; на Фиг.13 показано размещение Гелиолампы для освещения подъездов и лестничных маршей; на Фиг.14 показано размещение Гелиолампы для освещения тоннелей путепроводов; на Фиг.15 показано размещение Гелиолампы для освещения помещений содержания скота и птиц.

Гелиолампа содержит: прозрачный оптически активный купол 1 (Фиг.1), состоящий из верхней плосковыпуклой линзы 2; выпукло-вогнутые усеченные секторные линзы 3, составляющие боковую поверхность оптически активного купола и представляющих собой соединенные по кругу купола систему усеченных секторных линз Фиг.1 (А-А); среднюю, расположенную внутри прозрачного оптически активного купола 1, вогнуто-выпуклую линзу 4, точка фокуса 11 которой расположена в нижней части световодной трубы 10; обратный конус 5; солнечная батарея 6; нижняя плосковыпуклая линза 7, установленная на входе в световодную трубу; прямой защитный конус 8; крепления 9 прямого усеченного защитного конуса 8 к крыше 30; световодную трубу 10, обладающая конусностью 2°-3° и внутренней зеркальной поверхностью; плоскую круглую заслонку 12 с зеркальной поверхностью; ось с рычагом 12 плоской круглой заслонки 12; электрический микродвигатель 14; аккумуляторную батарею 15, расположенной на внутренней поверхности потолка 18; рассеивающий плафон 16, соединенный с круговой светодиодной электролампой 17, расположенной под углом 45° к поверхности потолка 18; пульт управления 19 с электронным реле (не показан); клавишу 20 для управления плоской круглой заслонкой 11 и клавишу 21 для включения светодиодной электролампы 17 в пасмурное и темное время суток; ручное управление 26 положением плоской круглой заслонкой 12, состоящее: из троса 22, корпуса 24 пружины 25, упорной шайбы 23, закрепленной на тросе 22, рукоятки управления 27, фиксатора положения 28 (закрыто, среднее, открыто), круглая светоотражающая панель 29.

Гелиолампа работает следующим образом: солнечный свет, попадая на прозрачный оптически активный купол в частности, на верхнюю плосковыпуклую рассеивающую линзу, плоская часть которой обращена во внутрь прозрачного оптически активного купола, направляет солнечный свет параллельными лучами на среднюю выпукло-вогнутую линзу, расположенную на большем диаметре обратного усеченного конуса, вогнутая часть этой линзы направлена вовнутрь, солнечный свет, который собираются боковой поверхностью оптически активного купола также попадают на: среднюю выпукло-вогнутую линзу, точка фокуса которой находится в нижней части световодной трубы, и, преломляясь, солнечный свет освещает боковую поверхность обратного конуса, где размещены солнечные батареи, тем самым обеспечивается выработка электроэнергии, которая запасается в аккумуляторной батареи или, в необходимых случаях, используется для освещения помещения круговой светодиодной электролампой, далее солнечный свет попадает на нижнюю плосковыпуклую линзу, которая посылает параллельные пучки солнечных лучей, собранные с большей площади, по крайней мере, в 1,5 раза большей, чем площадь входа в световодную трубу и далее через рассеивающий плафон солнечный свет попадают в помещение. Световодная труба имеет конусность 2°-3°, поэтому ее внутренняя зеркальная поверхность отклоняет солнечные лучи только вниз и исключается отражение назад, что способствует повышению КПД Гелиолампы. Освещение помещения объекта в пасмурное и темное время суток осуществляется круговой светодиодной электролампой за счет электрической энергии, запасенной в аккумуляторе. Внутри световодной трубы вертикально по оси распложена плоская круглая заслонка с зеркальной поверхностью, которая закреплена на валу с рычагом электрического микродвигателя, нажатием на пульте управления клавиши управления включается электрический микродвигатель, с помощью которого эта заслонка располагается перпендикулярно оси световодной трубы, в этом случае Гелиолампа будет выключена. Зеркальная поверхность плоской круглой заслонки в вертикальном положении способствует прохождению солнечных лучей по световодной трубе. Пульт управления снабжен клавишей для включения светодиодной электролампы. Конструкция Гелиолампы предусматривает наличие ручного управления положением плоской круглой заслонкой в трех положениях: закрыто, среднее, открыто, исходное положение рукоятки - открыто, потянув за рукоятку положение плоской круглой заслонки можно перевести в положение - среднее или в положение - закрыто, каждое положение закрепляется фиксатором. Гелиолампа размещается в защитном конусе, который креплениями фиксируется на крыше. Угол наклона оси Гелиолампы должен соответствовать углу северной широты местности при монтаже на территории Российской Федерации, чем достигаются лучшие условия освещения прозрачного оптически активного купола без применения системы слежения за солнцем. Использование солнечной батареи, расположенной на внутренней поверхности обратного усеченного конуса позволяет повысить надежность солнечной батареи, а наличие оптически активного купола и системы линз позволяет увеличить КПД Гелиолампы до 95% за счет того, что площадь сбора солнечного света оптически активным куполом не менее чем в 1,5 раза больше площади входа в световодную трубу, чем обеспечивается направление всего собранного солнечного света на освещение объекта и выработку электроэнергии. Качество работы Гелиолампы обеспечивается следующими условиями: точка фокуса выпукло-вогнутой линзы должна находиться в нижней части световодной трубы, солнечные батареи расположены на внутренней поверхности обратного конуса и защищены от воздействия атмосферных явлений, плоская круглая заслонка имеет зеркальную поверхность, которая способствует проникновению солнечных лучей в помещение объекта, светоотражающая круглая панель, расположенная вокруг светодиодной электролампы, обеспечивает дополнительное освещение, отражая свет от рассеивающего плафона и светодиодных электроламп.

Источники информации

1. Патент РФ па изобретение, 2031308, Кл. F21V 33/00, 20.03.1995.

2. Патент РФ на изобретение, 2403495, Кл. F21S 9/03, 10.11.2010.

3. Патент РФ на изобретение, 2182287, Кл. F24J 2/42, F24J 2/00, 10.05.2002.

4. 3аявка на изобретение, RU 2009137155, 27.03.2010.

5. Авторское свидетельство СССР 953132, Кл. Е04В 7/18, 23.08.1982.

6. Патент США, 5896713, 27.04.1999.

7. Патент США, 6936593, 14.03.2000.

8. Патент РФ на изобретение, 2396397, Кл. Е04В 7/18, 10.08.2010.

1. Гелиолампа содержит светопрозрачный оптически активный купол; световодную трубу с зеркальной внутренней поверхностью; выпукло-вогнутую линзу; плосковыпуклую линзу; круговую светодиодную электролампу; плоскую круглую заслонку с зеркальной поверхностью; электрический микродвигатель; рассеивающий плафон, расположенный на выходе световодной трубы; аккумуляторную батарею, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности обратного конуса размещены солнечные батареи, наружная часть гелиолампы размещена в защитном конусе; ось гелиолампы имеет угол наклона, соответствующий северной широте местности ее установки.

2. Гелиолампа по п.1, отличающаяся тем, что прозрачный оптически активный купол содержит верхнюю плосковыпуклую рассеивающую линзу, плоская поверхность которой параллельна плоскости входа в световодную трубу и, служащей для преломления и направления солнечного света параллельными лучами вовнутрь этого купола.

3. Гелиолампа по п.1, отличающаяся тем, что солнечный свет, проходя через систему выпукло-вогнутых усеченных секторных линз, составляющих боковую криволинейную поверхность оптически активного купола, преломляется вовнутрь оптически активного купола, независимо от угла солнцестояния.

4. Гелиолампа по п.1, отличающаяся тем, что внутри прозрачного оптически активного купола в нижней его части установлена средняя выпукло-вогнутая линза площадь, которой, по крайней мере, в 1,5 раза больше площади входного сечения световодной трубы.

5. Гелиолампа по п.1, отличающаяся тем, что плоская поверхность нижней плосковыпуклой линзы направлена вовнутрь световодной трубы и расположена на входе в световодную трубу.

6. Гелиолампа по п.1, отличающаяся тем, что световодная труба имеет конусность 2-3°, что обеспечивает прохождение солнечного света без отражения назад.

7. Гелиолампа по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части световодной трубы расположена плоская круглая заслонка с зеркальной поверхностью, закрепленная на валу с рычагом микродвигателя, который управляется клавишей с пульта управления, чем обеспечивается поворот плоской круглой заслонки вокруг горизонтального вала микродвигателя в целях частичного или полного перекрытия прохождения солнечного света в освещаемое помещение объекта, на пульте управления имеется клавиша включения (выключения) круговой светодиодной электролампы.

8. Гелиолампа по п.1, отличающаяся тем, что круговая светодиодная электролампа расположена под углом 45° к плоскости потолка, чем обеспечивается дополнительное отражение солнечного света от круглой светоотражающей панели.

9. Гелиолампа по п.1, отличающаяся тем, что к валу с рычагом микродвигателя присоединено устройство для ручного управления плоской круглой заслонкой.

10. Гелиолампа по п.9, отличающаяся тем, что устройство для ручного управления содержит: трос, корпус пружины, пружину, упорную шайбу, закрепленную на тросе, рукоятку управления и фиксатор положения рукоятки управления.

11. Гелиолампа по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрены варианты его использования для освещения: жилых, офисных и учебных помещений; медицинских пунктов; производственных помещений (цехов); парков-хранилищ техники и вооружения; плавательных бассейнов; трюмов плавсредств; хранилищ взрывоопасных изделий; землянок для хранения пиротехнических средств и порохов; полевых командных пунктов и блиндажей; палаток для размещения личного составе в полевых условиях; закрытых автогрузовых контейнеров; машинных залов ГЭС; автотранспортных тоннелей; помещений для содержания скота и птиц; складов для сельскохозяйственной и продовольственной продукции.