(57)【要約】【課題】光ファイバーを保護するとともに、入手しやすい安価な光ファイバーを用いた場合でも、発熱の問題を緩和することで高い照度の照明光を出射できる太陽光利用型照明装置を提供する。【解決手段】光ファイバー４が発熱すると、その周囲の空気が加熱されて密度が小さくなり、外鞘５内で重力加速度方向上方に向かって移動して、いわゆる自然対流を生じることとなる。これにより、図２で矢印に示すように、外鞘５内の空気は、その上端から筐体２Ａ内に流出して、更に排気スリット２ｄから屋外に排出されるようになっている。それに伴い、外鞘５の下端からは、冷えた屋内の空気が進入するので、これにより光ファイバー４を冷却するようになっている。【選択図】図１
2014035802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋外に設けられた採光部と、室内に設けられた照明部とを、導光可能に連結する光ファイバーと、
前記光ファイバーの周囲との間に空間を設けつつ、前記光ファイバーを覆う筒状の外鞘とを有し、
前記外鞘内に、前記光ファイバーに沿って相対移動する流体を満たしたことを特徴とする太陽光利用型照明装置。
【請求項２】
前記外鞘は、少なくとも重力加速度方向に離れて、それぞれ開放した上端および下端を有し、更に前記外鞘内には空気が満たされており、前記光ファイバーの発熱により熱せられた空気が前記光ファイバーに沿って移動して、前記外鞘の上方側端から流出することを特徴とする請求項１に記載の太陽光利用型照明装置。
【請求項３】
前記外鞘に、前記流体を強制的に流動させる強制流動手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光利用型照明装置。
【請求項４】
前記外鞘は、少なくとも一部が金属製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽光利用型照明装置。
【請求項５】
前記外鞘の内側に、光反射構造を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽光利用型照明装置。
【請求項６】
前記外鞘の内周側に、前記光ファイバーを固定するサポート部材を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽光利用型照明装置。
【請求項７】
前記外鞘の外側に放熱構造を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の太陽光利用型照明装置。
【請求項８】
前記光ファイバーの光透過率は、導光長さが１０ｍで低下率が９０％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の太陽光利用型照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光利用型照明装置に関するものであり、特にレンズや鏡などで集光された強い光を光ファイバーで安全に伝送する為に必要な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を室内照明に利用することができる太陽光利用型照明装置が知られている。このような太陽光利用型照明装置としては、
１）鏡を用いて太陽光を反射して室内照明光として取り入れるタイプ
２）光ファイバーにより太陽光を導光して室照明光として取り入れるタイプ
の２つのタイプが知られている。
【０００３】
ここで、１）の鏡を利用するタイプは古くから知られており、比較的安価に設置できるものの、時刻に応じて位置が変化する太陽に合わせて、太陽を追跡することが困難であったり、反射光の搬送経路を直線的に確保するために広い空間が必要になるという問題があった。
【０００４】
一方、２）の光ファイバーを利用するタイプは、特許文献１、２に例が示されているが、レンズや鏡で太陽光を集光し、それを光ファイバーで導光するため、屈曲した空間内でも導光が可能で、屋内の狭い空間にも容易に設置でき、また光ファイバーの可僥性を利用することで、集光部分を太陽に追従させることが用意であるため、高い照度の照明を得やすい一方で、建物に対する制約を小さく出来るといったメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−１９７００５号公報
【特許文献２】特開平０２−２６３０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、光ファイバーを利用するタイプにおいては、効率に絡む問題がある。具体的には、安価に入手できる汎用の光ファイバーは、一般的には導光長さが１０ｍで８０％程度の透過率を有するとされているため、導光時に残りの２０％が熱に変換されることとなる。光通信で使用される光ファイバーでは、導光される光の量が少ないので大きな問題は生じないが、太陽光を集光して光ファイバーで導光する場合、発熱することで使用耐熱温度を上回り、光ファイバーが変形・断線するなどの恐れがある。特に、建物に設けられた断熱材などの中を光ファイバーを取り回すと、熱のこもりが生じやすく問題はいっそう深刻である。
【０００７】
これを避けるためには、透過率の高い光ファイバーを用いることが考えられるが、コストの増大を招き好ましくない。一方、光ファイバーの径を大きくすることで、単位面積あたりの透過光量を低下させることはできるが、可撓性が損なわれ、屋内の取り回し性が悪化するため好ましくない。更に、鼠などが屋内に這わされた光ファイバーをかじって、断線させる恐れもある。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、光ファイバーを保護するとともに、入手しやすい安価な光ファイバーを用いた場合でも、発熱の問題を緩和することで高い照度の照明光を出射できる太陽光利用型照明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】
【０００９】
請求項１に記載の太陽光利用型照明装置は、
屋外に設けられた採光部と、室内に設けられた照明部とを、導光可能に連結する光ファイバーと、
前記光ファイバーの周囲との間に空間を設けつつ、前記光ファイバーを覆う筒状の外鞘とを有し、
前記外鞘内に、前記光ファイバーに沿って相対移動する流体を満たしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明者は、鋭意研究の結果、光ファイバーを中空の外鞘内に収容することで、光ファイバーの冷却と保護の両方を同時に達成できうることを見出した。より具体的には、前記光ファイバーと前記外鞘の間に空間を持たせ、その空間内で流体を流動させることにより、前記光ファイバーに発熱が生じたときにも、前記流体が前記光ファイバーより効率よく熱を奪うことで冷却効果を与え、前記光ファイバーの温度上昇を抑えて変形や断線等を回避することができる。また、鼠その他の獣が直接光ファイバーを囓りにくくすることで、光ファイバーの断線などを抑制できるのである。尚、「光ファイバー」とは、少なくともコアとクラッドとを有するものをいい、素材はプラスチック、ガラスであってよい。「流体」とは、空気などの気体のほか、水などの液体も含む。
【００１１】
請求項２に記載の太陽光利用型照明装置は、請求項１に記載の発明において、前記外鞘は、少なくとも重力加速度方向に離れて、それぞれ開放した上端および下端を有し、更に前記外鞘内には空気が満たされており、前記光ファイバーの発熱により熱せられた空気が前記光ファイバーに沿って移動して、前記外鞘の上方側端から流出することを特徴とする。
【００１２】
このような構成にすることで、前記外鞘内に、前記光ファイバーの発熱に起因した自然対流を起こさせることができるから、別個に送風源などを設ける必要がなくなり、省エネに優れる照明装置を提供できる。
【００１３】
請求項３に記載の太陽光利用型照明装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記外鞘に、前記流体を強制的に流動させる強制流動手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
前記光ファイバーの発熱量が大きくなり、自然対流のみでは冷却が不十分な場合、前記強制流動手段により前記流体を強制的に流動させることで、より高い冷却効果を与えることができる。
【００１５】
請求項４に記載の太陽光利用型照明装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記外鞘は、少なくとも一部が金属製であることを特徴とする。
【００１６】
前記外鞘の少なくとも一部（例えば内面）を金属製とすれば、一般的に熱伝導率が高いので、例えば、発熱した光ファイバーが接触しても、溶けたり変形したりする恐れが少なく、また接触した光ファイバーの冷却効果もある。
【００１７】
請求項５に記載の太陽光利用型照明装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記外鞘の内側に、光反射構造を設けたことを特徴とする。
【００１８】
前記外鞘の内側に光反射構造を設けることで、例えば前記光ファイバーに断線等が生じて、その切断面より高強度の光が出射しても、これを反射することで、局所的な加熱などを回避できる。
【００１９】
請求項６に記載の太陽光利用型照明装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記外鞘の内周側に、前記光ファイバーを固定するサポート部材を設けたことを特徴とする。
【００２０】
前記外鞘の内周側に、前記光ファイバーを固定するサポート部材を設けることで、前記光ファイバーが前記外鞘に直接接触することが回避されるので、前記外鞘が加熱されることを抑制できる。尚、このようなサポート部材は、前記外鞘内の流体の流動を抑制しないように、例えばワイヤ等の細い部材で構成されるのが望ましい。
【００２１】
請求項７に記載の太陽光利用型照明装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記外鞘の外側に放熱構造を設けたことを特徴とする。
【００２２】
前記外鞘の外側に放熱構造を設けることで、前記外鞘が加熱された場合でも、冷却効果を発揮できる。
【００２３】
請求項８に記載の太陽光利用型照明装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記光ファイバーの光透過率は、導光長さが１０ｍで低下率が９０％以下であることを特徴とする。
【００２４】
このような光透過率を有する光ファイバーは、安価で入手しやすい代わりに、比較的発熱性が高いので本発明に特に有効である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光ファイバーを保護するとともに、入手しやすい安価な光ファイバーを用いた場合でも、発熱の問題を緩和することで高い照度の照明光を出射できる太陽光利用型照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置を建物に取り付けた状態を示す概略図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる採光部２の斜視図である。
【図３】光ファイバー４および外鞘５の斜視図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の採光部の斜視図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の採光部の斜視図である。
【図６】第４の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の斜視図である。
【図７】第５の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の光ファイバー４と外鞘５の斜視図である。
【図８】第６の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の光ファイバー４と外鞘５の斜視図である。
【図９】第７の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の光ファイバー４と外鞘５の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張され、実際の比率とは異なる場合がある。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置を建物に取り付けた状態を示す概略図である。図１において、建物１の屋根１ａには、採光部２が設けられ、建物１の天井１ｂには、照明部３が設けられている。採光部２と照明部３とを、光ファイバー４が導光可能に連結している。照明部３は、光ファイバー４により導光された太陽光Ｌｓを、不図示の拡散板で拡散させた後、照明光Ｌｒとして出射するようになっている。尚、採光部２は、不図示の駆動機構により太陽Ｓに追従して回転することが望ましい。
【００２９】
図２は、第１の実施の形態にかかる採光部２の斜視図である。図３は、光ファイバー４および外鞘５の斜視図である。図２において、採光部２は、筐体２Ａの上面２ａにフレネルレンズＦＬを形成しており、それに対向する下面２ｂに、チューブ状の外鞘５の上端を連通可能に取り付けている。筐体２Ａの側面２ｃには、複数の排気スリット（虫等の進入を抑制すべく金網でもよい）２ｄが形成されている。
【００３０】
コアとクラッド（場合によっては被覆）からなる光ファイバー４は、図３に示すように、３本の脚部を有する金属ワイヤ状のサポート部材６により、アルミ製（または内周を光反射構造として金属メッキされた樹脂製）の円筒状の外鞘５の内周に対して、中心に位置するように保持されている。外鞘５は、光ファイバー４の両端近傍以外、その全体を覆っている。光ファイバー４は５ないし２０ｍｍ程度の外径を有し、外鞘５は３０ｍｍ程度の内径を有している。従って、光ファイバー４と外鞘５の間には、空気が満たされた空間が存在する。尚、外鞘５の上端は、筐体２Ａの内部に開放してなり、外鞘５の下端も、建物１内で開放されている。
【００３１】
本実施の形態によれば、太陽Ｓから出射された太陽光Ｌｓは、採光部２のフレネルレンズＦＬ（凹面鏡でもよい）によって、筐体２Ａ内に突き出した光ファイバー４の上端に集光され、ここから導光するようになっている。光ファイバー４を介して導光された太陽光は照明部３に至り、光ファイバー４の下端から出射することで屋内を照明するようになっている。
【００３２】
ここで、光ファイバー４の内部損失により、導光される強い太陽光の一部が熱に変換されて、光ファイバー４を発熱させることがある。かかる場合、光ファイバー４は、ワイヤ状のサポート部材６により保持されているので、伝導する熱は小さく、外鞘５を加熱する恐れは少ない。また、光ファイバー４が発熱すると、その周囲の空気が加熱されて密度が小さくなり、外鞘５内で重力加速度方向上方に向かって移動して、いわゆる自然対流を生じることとなる。これにより、図１，２で矢印に示すように、外鞘５内の空気は、その上端から筐体２Ａ内に流出して、更に排気スリット２ｄから屋外に排出されるようになっている。それに伴い、外鞘５の下端からは、冷えた屋内の空気が進入するので、これにより光ファイバー４を冷却するようになっている。また、サポート部材６はワイヤ状であるので、空気の自然対流を損なう恐れは少ない。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の採光部の斜視図である。本実施の形態においては、排気スリットの外側に、強制流動手段としての排気ファンユニット７を設けている。排気ファンユニット７としては、電動モータ等でファンを回して排気スリットから空気を吸い出せるタイプのものであれば利用できるので、ここでは詳細を説明しない。電源は太陽電池等を用いるのが好ましい。
【００３４】
外鞘５の長さが長い場合、あるいは上端と下端の高低差が小さい場合、さらには光ファイバーの周囲と外鞘の間の空間が狭い場合など、自然対流のみでは十分な冷却効果を得られない場合もある。そこで、本実施の形態では、排気ファンユニット７で強制的に、筐体２Ａを介して外鞘５内の空気を吸い出し、これにより光ファイバー４を強制冷却することができる。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様であるため、説明は省略する。
【００３５】
（第３の実施の形態）
図５は、第３の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の採光部の斜視図である。本実施の形態においては、筐体２Ａ内で、外鞘５の上端に吐出口８ａを向けるようにして、強制流動手段としての空気流吐出装置８を設けている。また、筐体２Ａには、排気スリット２ｄに対向して給気スリット２ｅを設けている。空気流吐出装置８としては、電動モータ等でファンを回して吐出口８ａから空気を勢いよく噴出できるタイプのものであれば利用できるので、ここでは詳細を説明しない。
【００３６】
本実施の形態では、給気スリット２ｅから吸い込んだ空気を空気流吐出装置８の吐出口から、外鞘５の上端を横切るように空気を噴出することで、いわゆるベンチュリー効果により外鞘５内の空気を吸い出し、これにより光ファイバー４を強制冷却することができる。熱せられた空気は、排気スリット２ｄから排出される。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様であるため、説明は省略する。
【００３７】
（第４の実施の形態）
図６は、第４の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の斜視図である。本実施の形態においては、屋内に引き回される外鞘５の照明部３の近傍に、強制流動手段としての送風ユニット９を設けている。送風ユニット９としては、電動モータ等でファンを回して排気スリットから空気を吸い出せるタイプのものであれば利用できるので、ここでは詳細を説明しない。
【００３８】
本実施の形態では、送風ユニット９から、外鞘５の下端側より空気を圧送することで、外鞘５内の空気を上端側へと追い出し、これにより光ファイバー４を強制冷却することができる。熱せられた空気は、排気スリット２ｄから排出される。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様であるため、説明は省略する。
【００３９】
（第５の実施の形態）
図７は、第５の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の光ファイバー４と外鞘５の斜視図である。図７において、光ファイバー４は、サポート部材６により、金属製の外鞘５の内周に押しつけられている。これにより、上述の空気により冷却に加え、発熱した光ファイバー４と接触させた外鞘５の熱伝導性を利用して、冷却効果を高めることができる。本実施の形態は、上述の第１ないし第４の実施の形態のいずれと組み合わせてもよい。
【００４０】
（第６の実施の形態）
図８は、第６の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の光ファイバー４と外鞘５の斜視図である。図８において、光ファイバー４は、サポート部材６により、金属製の外鞘５の内周に押しつけられており、更に外鞘５の外周には、放熱構造としての金属製のフィン５ａが設けられている。これにより、発熱した光ファイバー４と接触させることで外鞘５に移動した熱を、フィン５ａを介して周囲の空気に放熱し、更に冷却効果を高めることができる。本実施の形態は、上述の第１ないし第４の実施の形態のいずれと組み合わせてもよい。
【００４１】
（第７の実施の形態）
図９は、第７の実施の形態にかかる太陽光利用型照明装置の光ファイバー４と外鞘５の斜視図である。図９において、光ファイバー４は、サポート部材６により、金属製の外鞘５の内周に押しつけられており、更に外鞘５の外周には、放熱構造としての金属製のフィン５ａが複数枚設けられている。本実施の形態によれば、更に冷却効果を高められる。
【００４２】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば外鞘を閉回路として、その内部に水等の液体を封入し、強制循環させてもよい。光ファイバーは１本のみならず、複数本用いてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１            建物
１ａ            屋根
１ｂ            天井
２            採光部
２Ａ            筐体
２ａ            上面
２ｂ            下面
２ｄ            排気スリット
２ｅ            給気スリット
３            照明部
４            光ファイバー
５            外鞘
５ａ            フィン
６            サポート部材
７            排気ファンユニット
８            空気流吐出装置
９            送風ユニット
ＦＬ            フレネルレンズ
Ｌｒ            照明光
Ｌｓ            太陽光
Ｓ            太陽
【図１】
2014035802.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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