Труба зенитного фонаря с инфракрасной теплопередачей
Изобретение относится к области строительства, в частности к трубе зенитного фонаря с инфракрасной теплопередачей. Технический результат заключается в максимизации количества видимого света, передаваемого вниз по трубе, и минимизации количества тепла, передаваемого в помещение. Зенитный фонарь содержит прозрачный купол, основание шахты фонаря, спектрально селективное покрытие и средства передачи тепла. Основание отходит от купола и предназначено для передачи света, входящего в купол. Покрытие наложено на внутреннюю поверхность основания для отражения видимого света и пропускания инфракрасного света. Средства передачи тепла являются смежными с основанием и предназначены для передачи тепла от внутренней к наружной поверхности основания. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение в целом относится к зенитным фонарям.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В патентах США №№5896713 и 6035593, которые принадлежат тому же патентообладателю, что и настоящее изобретение, и которые включены в настоящее описание посредством ссылки, раскрыты трубчатые зенитные фонари. В обоих этих зенитных фонарях можно применять фонарный купол, раскрытый в патенте США No 5896712, также принадлежащем тому же патентообладателю, что и настоящее изобретение, и также включенном в настоящее описание. Эти изобретения имеют преимущества по сравнению с уровнем техники, а по меньшей мере одно из них является коммерчески успешным.
Вкратце, трубчатый зенитный фонарь, подобный упомянутым выше, включает трубу, смонтированную между крышей и потолком здания. Верхний конец трубы закрыт куполом или крышкой для монтирования на крыше, например как в вышеупомянутом патенте №5896712, а нижний конец трубы закрыт пластинчатым рассеивателем для монтирования на потолке. Такая конструкция обеспечивает направление естественного света снаружи здания по трубе во внутреннюю часть здания для освещения.
Трубчатый зенитный фонарь использует отражательную поверхность для передачи солнечного света вниз по трубе от крыши к внутреннему потолку. При прохождении света вниз по трубе количество солнечного света, попадающего во внутреннюю часть здания, определяется оптическим спектральным откликом купола, трубы, рассеивателя и светоотражателей. Эти свойства также определяют, сколько тепла, кроме видимого света, передается во внутреннюю часть.
Как следует из настоящего описания, требуется максимизировать количество видимого света, то есть излучения с длинами волн в диапазоне примерно от четырехсот до семисот шестидесяти нанометров, который передают вниз по трубе, с минимизацией количества тепла в виде инфракрасного излучения в диапазоне от семисот шестидесяти нанометров, передаваемого в помещение. Далее, как следует из настоящего описания, большинство оконных конструкций, предназначенных для минимизации проходящего солнечного тепла, имеет недостатки. Например, тонирование поверхности окна покрытием или пленкой обычно не является избирательным, т.е. оно уменьшает передачу тепла, но также уменьшает и пропускание видимого света. В несколько меньшей степени это справедливо и для энергосберегающих покрытий и/или пленок, нанесенных на окна, а также для многослойного остекления. Кроме того, эти особенности применимы и для зенитных фонарей, в которых пленки или покрытия, применяемые для максимизации передачи видимого света вниз по трубе, также максимизируют подачу тепла в помещение и в которых оптические блокирующие устройства, расположенные в куполе или рассеивателе, блокируя прохождение инфракрасного излучения, также блокируют прохождение видимого света. Ввиду вышеизложенного были представлены настоящие решения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Зенитный фонарь включает прозрачный купол и основание шахты, отходящее от купола и предназначенное для передачи света, входящего в этот купол. На внутреннюю поверхность основания шахты по существу для отражения видимого света и пропускания инфракрасного излучения нанесены спектрально селективная пленка или покрытие.
При необходимости с основанием могут быть связаны средства передачи тепла для передачи тепла от внутренней поверхности основания к его наружной поверхности. Средства передачи тепла могут включать связующее, расположенное между спектрально селективной пленкой и основанием и содержащее частицы углеродной сажи или другого вещества, поглощающего инфракрасное излучение, и/или могут включать сажевую внутреннюю поверхность основания и его анодированную наружную поверхность. Кроме того, основание может содержать наружную поверхность с относительно низкой излучательной способностью в инфракрасном диапазоне, в то время как внутренняя поверхность или пленка имеют высокую излучательную способность, а тепло излучается в трубу, поднимается вверх и выходит через купол. Кроме того, основание может быть прозрачным, так что оно пропускает инфракрасное излучение, а видимый свет остается в трубе благодаря пленке или покрытию.
Еще в одном варианте осуществления шахта зенитного фонаря включает полое основание, задающее внутреннюю и наружную поверхности. С внутренней поверхностью связано вещество, по существу отражающее падающий на него видимый свет и по существу не отражающее падающее на него инфракрасное излучение.
Еще в одном варианте осуществления шахта зенитного фонаря включает полое основание, задающее внутреннюю и наружную поверхности, и отражающие средства по существу для отражения видимого света, но не инфракрасного излучения, связанные с внутренней поверхностью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Детали настоящего изобретения, связанные с его конструкцией и работой, могут быть более понятны при ссылках на приложенные чертежи, на которых одинаковые части имеют одинаковые номера позиций и на которых:
фиг.1 изображает вид сбоку с частичным разрезом трубчатого зенитного фонаря согласно настоящему изобретению;
фиг.2 изображает вид в перспективе предлагаемой трубы со спектрально селективной пленкой или покрытием;
фиг.3 изображает вид в разрезе по линии 3-3, показанной на фиг.2;
фиг.4 изображает вид в разрезе еще одного варианта осуществления изобретения вдоль линии 3-3, показанной на фиг.2;
фиг.5 изображает вид в разрезе еще одного варианта осуществления изобретения вдоль линии 3-3, показанной на фиг.2;
фиг.6 изображает вид сбоку с частичным разрезом еще одного трубчатого зенитного фонаря согласно настоящему изобретению;
фиг.7 изображает вид сбоку с частичным разрезом еще одного трубчатого зенитного фонаря согласно настоящему изобретению;
фиг.8 и 9 изображают вид в разрезе соответствующих вариантов осуществления изобретения вдоль окружности 8-8, показанной на фиг. 7;
фиг.10 изображает вид сбоку с частичным разрезом еще одного трубчатого зенитного фонаря согласно настоящему изобретению; а
фиг.11 изображает вид в разрезе основания трубы, представленной на фиг.10.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
На фиг.1 проиллюстрирован трубчатый зенитный фонарь 10, выполненный согласно настоящему изобретению и предназначенный для освещения естественным солнечным светом внутреннего помещения 12, имеющего потолочную стену 14 из сухой кладки и расположенного в здании 16. На фиг.1 показано, что здание 16 имеет крышу 18, по меньшей мере одну поддерживающую ее балку 20 и стену 14.
Как показано на фиг.1, фонарь 10 включает жесткую твердую пластиковую или стеклянную крышку 21 для монтирования на крыше. Крышка 21 выполнена пропускающей в оптическом диапазоне и предпочтительно прозрачной. В одном из вариантов осуществления изобретения в качестве крышки 21 можно использовать крышку, раскрытую в вышеупомянутом патенте №5896712. Кроме того, в качестве крышки 21 могут быть использованы любые пригодные крышки, например крышки, предлагаемые на рынке правоприемником настоящего изобретения под торговой маркой "Solatube".
Крышка 21 может быть смонтирована на крыше 18 при помощи кольцеобразной металлической накладки 22, прикрепленной к крыше 18 известными средствами. Накладка 22 может быть расположена под углом, соответствующим наклону крыши 18, для зацепления и удержания крышки 21 в целом в показанном вертикальном положении.
Как также показано на фиг.1 с накладкой 22 соединена полая шахта 24 с отражающей внутренней поверхностью. Поперечное сечение шахты 24 может быть цилиндрическим, прямоугольным, треугольным и т.д. Соответственно, несмотря на то, что здесь может быть использовано слово «труба», необходимо понимать, что настоящее изобретение не ограничено цилиндром самим по себе, если не оговорено иное.
Шахта 24 проходит до потолка 14 внутреннего помещения 12. В настоящем изобретении шахта 24 направляет свет, который входит в нее, вниз к световому рассеивателю 26, расположенному в помещении 12 и смонтированному на потолке 14 или балке 20, как описано в вышеупомянутом патенте 6035593. В некоторых вариантах осуществления "световых колодцев" рассеиватель 26 обычно не используют.
Шахта 24 может быть выполнена из металла, например алюминиевого или стального сплава, или из пластика, или другого пригодного материала в пределах 15 нижеприведенного раскрытия. Внутренняя часть шахты 24 выполнена согласно нижеприведенному раскрытию.
В соответствии с настоящим изобретением предложены многослойные полимерные отражающие пленки, которые могут быть выполнены с возможностью отражения или пропускания излучения в зависимости от длины волны. Такие пленки можно считать спектрально селективными. В частности, в соответствии с настоящим изобретением, многослойные отражающие полимерные пленки могут быть выполнены с возможностью отражения видимого света, как показано линиями 30, и пропускания инфракрасного излучения в основание трубы. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1, основание трубы пропускает тепло наружу из зенитного фонаря, как показано линиями 32, а в других вариантах осуществления, описанных ниже, тепло может проходить вверх по основанию трубы. Одним из неограничительных примеров такой пленки является пленка DF2000MA для дневного света производства компании Minnesota Mining and Manufacturing.
Соответственно, как показано на фиг.2, многослойная селективная пропускающая пленка или покрытие 40, которые отражают длины волн видимого диапазона и пропускают длины волн инфракрасного диапазона, могут быть присоединены к основанию 42, причем очевидно, что основание 42 можно использовать для любой из вышеуказанных труб и/или частей трубы. Пленка 40 отражает свет видимого диапазона и пропускает излучение инфракрасного диапазона в трубу 42.
Как показано на фиг.2, пленка 40 приклеена к внутренней поверхности 44 трубы 42. На фиг.3 показано, что пленка 40, которая может быть покрытием, как указано на чертеже, присоединена к трубе 42 при помощи прозрачного связующего 46. Труба 42 может быть выполнена из алюминия, а поверхность 44, в частности при использовании прозрачного связующего, может быть окрашена сажей или обработана иным образом для обеспечения высокого поглощения тепла. Напротив, наружная поверхность 48 основания 42 предпочтительно анодирована или окрашена или обработана иным образом для обеспечения высокой проводимости для передачи тепла от поверхности 44 к поверхности 48. Таким образом, поверхность 48 обладает высокой излучательной способностью для излучения тепла из трубы, а поверхность 44 может обладает высокой поглощательной способностью и низкой отражательной способностью в инфракрасном диапазоне.
Кроме того, вместо выполнения поверхности 44 поглощающей между многослойной пленкой или покрытием 40 и основанием 42 может быть расположено непрозрачное (поглощающее инфракрасное излучение) связующее, как показано на фиг.4. Связующее 50 может представлять собой смесь прозрачного связующего и углеродной сажи или частиц другого вещества, поглощающего инфракрасное излучение, так что непрозрачное связующее обладает высокой поглощательной способностью и низкой отражательной способностью в инфракрасном диапазоне.
Кроме того, как показано на фиг.5, непосредственно на поглощающую инфракрасное излучение внутреннюю поверхность 54 подложки 56 с наружной поверхностью 58, имеющей высокую излучательную способность, может быть осаждено без необходимости применения связующего многослойное покрытие 52, являющееся спектрально селективным в том смысле, что оно отражает видимый свет и пропускает инфракрасное излучение. Подложка 56, представленная на фиг.5, во всех других существенных особенностях идентична подложкам, представленным на фиг.3 и 4.
На фиг.6 изображен еще один зенитный фонарь 100 с подложкой 102 трубы, идентичный фонарю 10, проиллюстрированному на фиг.1, во всех существенных особенностях со следующими исключениями. Для выпускания инфракрасного излучения из трубы по существу полностью вокруг основания 102 может быть размещена наружная полая оболочка 104 с зазором 106, по которому может проходить вверх инфракрасное излучение, как показано тепловыми линиями 108. Тепло может выходить из открытой верхней части оболочки 104 или, если верхняя часть закрыта, из отверстий 110, выполненных в накладке или другой конструкции фонаря 100. Кроме того, может быть предложен прозрачный пластиковый купол 114 с высокой излучательной способностью в инфракрасном диапазоне для обеспечения подъема тепла через купол и выхода тепла из фонаря 100.
На фиг.7-9 представлен еще один зенитный фонарь 200, который во всех существенных особенностях идентичен фонарю 10, проиллюстрированному на фиг.1, со следующими исключениями. В обоих вариантах осуществления, представленных на фиг.8 и 9, нет необходимости в обеспечении высокой излучательной способности в инфракрасном диапазоне наружной поверхности 201 основания 202 трубы. Как и в предыдущих вариантах осуществления, внутренняя поверхность предпочтительно поглощает инфракрасное излучение и отражает видимый свет, следовательно, как проиллюстрировано на фиг.8, на внутреннюю поверхность основания 202 может быть нанесена многослойная пленка 204 при помощи связующего 206, поглощающего инфракрасное излучение, или компонент 204 может представлять собой многослойное покрытие, осажденное на основание 202, и в этом случае компонент 206 может представлять собой саму внутреннюю поверхность, выполненную с еще большей поглощательной способностью, например окрашенную углеродной сажей или другим веществом, поглощающим инфракрасное излучение. Этот последний вариант осуществления проиллюстрирован подробнее на фиг.9.
В любом случае, как проиллюстрировано на фиг.7, тепло, поглощаемое основанием 202, по причине низкой излучательной способности наружной поверхности 201 большей частью проходит вверх по фонарю 200 и через отверстия 210, которые могут быть выполнены в куполе 212 зенитного фонаря или между куполом 212 и накладкой 214, на которой смонтирован купол. В другом варианте осуществления нет необходимости в выполнении отверстий, а купол 212 предпочтительно обладает высокой излучательной способностью в инфракрасном диапазоне, так что тепло может проходить вверх через купол и выходить из фонаря 200.
На фиг.10 и 11 представлен еще один зенитный фонарь 300, который во всех существенных особенностях идентичен фонарю 10, проиллюстрированному на фиг.1, со следующими исключениями. Фонарь 300, проиллюстрированный на фиг.10 и 11, имеет прозрачное пластиковое основание 302, внутренняя поверхность которого покрыта многослойной пленкой или покрытием 304, являющимися спектрально селективными в том смысле, что они отражают видимый свет и пропускают инфракрасное излучение. При необходимости к основанию при помощи прозрачного связующего 306 может быть приклеена пленка или покрытие 304. Такая конструкция обеспечивает отражение видимого света в трубе вниз, как показано линиями 308 на фиг.10, и пропускание инфракрасного излучения через трубу наружу, как показано линиями 310.
Хотя в данном документе представлена и подробно описана конкретная труба зенитного фонаря с инфракрасной теплопередачей, объем изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения.
1. Зенитный фонарь, содержащий: прозрачный купол (21, 114, 212); по меньшей мере, одно основание (42, 102, 202, 302) шахты зенитного фонаря, отходящее от купола (21, 114, 212) и предназначенное для передачи света, входящего в этот купол (21, 114, 212); спектрально-селективную пленку или покрытие (40, 52, 204, 304), наложенную или наложенное на внутреннюю поверхность основания (42, 102, 202) шахты, по существу, для отражения видимого света и пропускания инфракрасного света; и средства передачи тепла, смежные с основанием (42, 102, 202), для передачи тепла от внутренней к наружной поверхности этого основания.
2. Фонарь по п.1, в котором средства передачи тепла включают связующее (50, 206), расположенное между спектрально-селективной пленкой (40, 204) и основанием (42, 202) и содержащее частицы углеродной сажи и/или другого вещества, поглощающего инфракрасное излучение.
3. Фонарь по п.1, в котором средства передачи тепла включают внутреннюю поверхность (44) подложки (42, 102, 202), содержащую сажу, и/или другую внутреннюю поверхность (44) подложки (42, 102, 202), поглощающую инфракрасное излучение.
4. Фонарь по п.3, который дополнительно содержит вторые средства передачи тепла, включающие анодированную наружную поверхность (48) подложки (42, 102) или другую наружную поверхность (48) подложки (42, 102), имеющую высокую излучательную способность.
5. Фонарь по п.1, в котором средства передачи тепла формируют наружную поверхность (58) основания (56) с высокой излучательной способностью, а спектрально-селективное покрытие (52) формирует вторые средства передачи тепла.
6. Фонарь по п.2, в котором основание (202) имеет наружную поверхность (201) с относительно низкой излучательной способностью в инфракрасном диапазоне, а тепло проходит наверх через основание (202) и внутреннюю часть трубы.
7. Зенитный фонарь, содержащий: полое основание (42, 102, 202, 302) шахты, задающее внутреннюю и наружную поверхности; вещество (40, 52, 204, 304), связанное с указанной внутренней поверхностью, по существу, отражающее падающий на него видимый свет и, по существу, не отражающее падающее на него инфракрасное излучение; и средства передачи тепла, смежные с основанием для передачи тепла от внутренней к наружной поверхности этого основания.
8. Фонарь по п.7, дополнительно содержащий связующее (50, 206), расположенное между указанными веществом и основанием (42) и содержащее частицы углеродной сажи и/или другого вещества, поглощающего инфракрасное излучение.
