專利名稱：一種能夠直接利用太陽光進(jìn)行隧道照明的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能照明裝置，具體涉及一種能夠直接利用太陽光進(jìn)行隧道增強(qiáng)照明裝置的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
對于公路隧道來說，除了必須安裝晝夜照明系統(tǒng)保證基本照明亮度要求外，還有一個很大的特點，就是汽車駕駛員特別要求隧道進(jìn)出口一段距離內(nèi)(簡稱亮度過渡區(qū)間) 的亮度梯度(亮度變化率)必須限制在一定范圍內(nèi)，否則將會出現(xiàn)“黑洞”和“白洞”現(xiàn)象而造成事故，即在這個重要的也是最危險的區(qū)段內(nèi)亮度(相比于外面環(huán)境亮度)是一個相比于外面環(huán)境亮度的相對值而非絕對值；一旦經(jīng)過這個亮度過渡區(qū)間后駕駛員已經(jīng)適應(yīng)燈光亮度的變化，駕駛員眼睛的視力已經(jīng)恢復(fù)正常后也就不存在上述問題了。例如汽車駕駛員從中午太陽光很強(qiáng)(如60000LX)的公路上一旦以較高速度進(jìn)入(光線較弱(200Lx)的) 隧道內(nèi)(200Lx)的很短時間內(nèi)，由于亮度變化梯度太大，往往會引起駕駛員眩暈感甚至在短時間內(nèi)失去視力而發(fā)生事故。而在陰雨天，即隧道外面光線比較弱(如5000LX)的時候， 對于相同或者更低的隧道內(nèi)照明亮度，駕駛員則不存在上述問題。特別是這種情況的極端
現(xiàn)象-----夜晚，對于駕駛員來說，隧道外公路上的亮度相對隧道內(nèi)部照明對于駕駛員來
說，甚至是從光線暗處進(jìn)入亮處，就根本不存在不適應(yīng)問題。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》(JTJ026. 1-1999)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于目前隧道照明系統(tǒng)中過渡區(qū)間的亮度設(shè)計要求，一般把隧道進(jìn)出口分為入口區(qū)、過渡區(qū)、中間區(qū)和出口區(qū)等四個區(qū)段，并要求在進(jìn)出口區(qū)根據(jù)隧道外面的亮度(太陽光強(qiáng)度)變化而自動調(diào)節(jié)照明光源的強(qiáng)度，以達(dá)到節(jié)省能源的目標(biāo)。 但是由于自動控制系統(tǒng)工作環(huán)境太差等原因而導(dǎo)致故障率高，其系統(tǒng)維修保養(yǎng)又有很大困難，所以實際工程中大部分仍然采用固定亮度照明方案即隧道過渡區(qū)的亮度梯度值必須小于夏天中午最強(qiáng)太陽光照射下的亮度梯度極限，這個極限數(shù)據(jù)顯然對光照較弱的(于夏天以外的三個季節(jié)，特別是)冬天、陰雨天以及晚上來說，在亮度過渡區(qū)間照明光源就存在著能源浪費現(xiàn)象。綜上所述，如果直接利用太陽光能實現(xiàn)隧道進(jìn)出口處的增強(qiáng)照明，恰好能夠滿足這個要求。因此先后研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“陽光輸送機(jī)”和“PV-LED太陽能直接照明系統(tǒng)”以及太陽光直接照明隧道裝置等用于隧道出入口處的增強(qiáng)照明，雖然其太陽能利用效率明顯提高，但是在制作成本和運行可靠性等使用性能方面仍然存在一定缺陷，從而阻礙了在其領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。所以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步尋找高效率利用太陽光能直接實現(xiàn)隧道進(jìn)出口處的照明的方法及裝置，對于節(jié)約能源和推廣太陽能應(yīng)用意義重大。直接利用太陽光進(jìn)行隧道進(jìn)出口增強(qiáng)照明裝置在理論設(shè)計上比較完善的，但是在實際使用中因為其性能缺陷而制約了推廣應(yīng)用。主要是拋物柱曲面具體制作工藝復(fù)雜以及成本太高的問題。如果采用鍍銀玻璃作為聚光體，則由于加熱彎曲和消除應(yīng)力導(dǎo)致工藝復(fù)雜而使得成本太高；如果采用304不銹鋼材質(zhì)則在惡劣的室外環(huán)境中因為其自潔性能差和銹蝕問題而失去使用價值。另外，隧道中安裝的反射鏡給系統(tǒng)的一次性成本和使用過程中
3清潔費用增加不少。如果能夠有效解決上述二個太陽光直接照明實際應(yīng)用中技術(shù)問題，根據(jù)隧道進(jìn)、 出口區(qū)段(40米左右)一般都呈直線性的具體特點以及平行太陽光直接傳輸損耗小、成本低的優(yōu)勢，采用更有實用價值的太陽能聚光器實現(xiàn)低成本匯聚太陽光并調(diào)整光路后以高亮度平行太陽光直接照射的方式實現(xiàn)太陽光高效率低成本的直接隧道過渡區(qū)增強(qiáng)照明，當(dāng)然具有重大的實用價值，并且能夠有效解決由于山區(qū)崎嶇復(fù)雜引起的出入口過渡段隧道拐彎的實際問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)實際使用中存在的技術(shù)問題，提供一種能夠有效提高太陽光利用效率和可靠性、降低成本，提高使用性能的直接利用太陽光進(jìn)行隧道照明的裝置。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括安裝在隧道口的聚光器以及與聚光器相對應(yīng)的導(dǎo)光鏡，所述的聚光器包括面向太陽的拋物柱形反射折面安裝架以及固定在該安裝架上的若干個平面鏡組成的折面型聚光鏡，以及與其具有同一個焦點并與拋物柱形反射折面安裝架成為一體結(jié)構(gòu)的拋物柱曲面調(diào)光鏡，平行太陽光經(jīng)聚光鏡匯聚后再經(jīng)過拋物柱曲面調(diào)光鏡調(diào)整光路后成為增強(qiáng)后的平行太陽光，然后從拋物柱形反射折面安裝架的出射槽中輸出到導(dǎo)光鏡，其中導(dǎo)光鏡的反射光線與隧道方向相同且安裝在隧道口外，其安裝高度取決于隧道上部弧形區(qū)域與聚光器二者的高度；另外還有在隧道內(nèi)弧頂部壁上噴涂有能夠?qū)?dǎo)光鏡導(dǎo)入的平行太陽光均勻反射到隧道中各處路面上的反射薄膜。所述的聚光器還與高精度跟蹤系統(tǒng)相連接。所述的導(dǎo)光鏡與自動跟蹤裝置相連接，導(dǎo)光鏡將匯聚后的平行太陽光輸導(dǎo)到與隧道方向相同且高度處于隧道上部弧形區(qū)域空間，但是由導(dǎo)光鏡輸送的光線的光軸與隧道頂部直線之間的夾角為P，且tg@ =H/S，其中H為平行光的高度，S為隧道內(nèi)輸送的直線距離。所述的聚光鏡的開口長度L、寬度W分別取決于系統(tǒng)聚光比例即L/W1和隧道的寬度；出射槽的寬度Wl取決于隧道的高度或者頂部弧度高度。所述的隧道進(jìn)出口處向外一定距離內(nèi)的公路上還設(shè)置有鋼構(gòu)透明的亮度緩沖建筑，聚光器以及與聚光器相對應(yīng)的導(dǎo)光鏡安裝在該亮度緩沖建筑上。所述的若在隧道的入口段就存在拐彎的隧道，在隧道頂部側(cè)面安裝與導(dǎo)光鏡相配合的、而且不需要自動跟蹤系統(tǒng)的平面導(dǎo)光鏡，實現(xiàn)平行太陽光的相應(yīng)拐彎并傳輸更遠(yuǎn)的距離。本發(fā)明針對太陽光實現(xiàn)隧道增強(qiáng)性照明過程中存在的具體技術(shù)問題，采用數(shù)學(xué)中極限的思路，那么就能夠在工程中把這個拋物柱曲面用若干個小平面組成的折平面來代替，因為在實際工程中都是要求只要有效的把太陽光匯聚到某一個矩形區(qū)域即可而非一條直線，所以曲面用小折平面代替就有了理論依據(jù)；同時如果從另外角度考慮，也可以認(rèn)為是把曲面等分成N個部分，當(dāng)N足夠大時曲面就成為若干個小平面組成，但是當(dāng)N趨于無窮大時，本身就又是變成曲面。但是這個變換，從生產(chǎn)工藝上卻把曲面鍍銀玻璃生產(chǎn)工藝簡化為常規(guī)的平面鍍銀玻璃的生產(chǎn)工藝，使得生產(chǎn)成本下降幾乎一個數(shù)量級，因為不但不需要專門的曲面玻璃鍍銀的生產(chǎn)設(shè)備，而且避免了平面玻璃加熱彎曲以及應(yīng)力處理等工序，為低成本工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。另外，為了進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本，還可以通過改進(jìn)設(shè)計方案在隧道頂部免安裝反射鏡而且能夠達(dá)到同樣的效果。即如果把匯聚后的平行太陽光不是平行于隧道頂部、而是與其以夾角P的方向從隧道上部射進(jìn)隧道里，并且在隧道頂部洞壁一定區(qū)域直接噴涂具有很好反光性能的薄膜來實現(xiàn)平行太陽光的反射；這種改進(jìn)方案既節(jié)省了反射玻璃組的使用、安裝及維護(hù)費用，而且有效增加了太陽光在隧道傳輸?shù)慕孛娣e和路面照明的均勻性，并且直接把反光涂料噴涂在隧道頂部的方法，既大幅度降低了材料和施工成本，也提高了自潔性能，方便了維護(hù)和管理。
圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示圖；圖2是隧道進(jìn)口過渡段拐彎情況下本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明包括安裝在隧道口上端的聚光器以及與聚光器相對應(yīng)的導(dǎo)光鏡 2，所述的聚光器包括面向太陽的拋物柱形反射折面安裝架以及固定在該安裝架上的若干個平面鏡組成的聚光鏡11，以及與聚光鏡11具有同一個焦點并與拋物柱形反射折面安裝架一體結(jié)構(gòu)的拋物柱曲面調(diào)光鏡13，太陽光經(jīng)聚光鏡11以匯聚方式大幅度提高太陽光強(qiáng)度(十倍左右)，再經(jīng)過拋物柱曲面調(diào)光鏡13調(diào)整光路后成為平行光，然后從拋物柱形反射折面安裝架的出射槽12中輸出到導(dǎo)光鏡2，其中聚光器與高精度跟蹤系統(tǒng)中的太陽光信號采集裝置相連接(見發(fā)明專利一種高精度跟蹤系統(tǒng)中的太陽光信號采集裝置，專利號 ZL200910254626. 4)，聚光鏡11的開口長度L、寬度W分別取決于系統(tǒng)聚光比例即L/W1和隧道的寬度；出射槽12的寬度Wl取決于隧道的高度或者頂部弧度高度，其中導(dǎo)光鏡2的反射光線與隧道方向相同且安裝在隧道口外其高度處于隧道上部弧形區(qū)域，導(dǎo)光鏡2與自動跟蹤裝置相連接，導(dǎo)光鏡2將匯聚后的平行太陽光輸導(dǎo)到與隧道方向相同且高度處于隧道上部弧形區(qū)域空間，以防止行駛于道路上的大型貨車的遮擋，由導(dǎo)光鏡輸送的光線的光軸與隧道頂部直線之間的夾角為P，且tg@ =H/S，其中H為平行光的高度，S為隧道內(nèi)輸送的直線距離。所以導(dǎo)光鏡2安裝固定空間位置主要取決于聚光器和隧道入口處的高度。在隧道內(nèi)弧頂部壁上噴涂有能夠?qū)?dǎo)光鏡2的平行太陽光均勻輸導(dǎo)到隧道中各處路面上反射薄膜3。利用隧道頂部壁上噴涂的反射薄膜3把通過隧道頂部輸送進(jìn)來的平行太陽光直接以反射的方式均勻輸導(dǎo)到隧道中各處路面上；從而實現(xiàn)太陽光高效率低成本的隧道進(jìn)、出口處過渡區(qū)段太陽光直接增強(qiáng)型照明。本發(fā)明還在隧道進(jìn)出口處向外一定距離內(nèi)的公路上還設(shè)置有鋼構(gòu)透明的亮度緩沖建筑4。功能之一是有效降低了汽車進(jìn)入隧道時的亮度，相對減小了對隧道進(jìn)出口處增強(qiáng)照明的強(qiáng)度要求；而且再把本系統(tǒng)的設(shè)計安裝與之進(jìn)行一體化統(tǒng)一設(shè)計優(yōu)化，在增加很小成本的情況下，既有效實現(xiàn)了過渡區(qū)亮度的緩沖功能，又方便了本裝置系統(tǒng)中部件(聚光器)和2()導(dǎo)光鏡的安裝施工，而且由于系統(tǒng)照明距離最短使得太陽光直接照明效率得到明顯提高的效果。
另外，對于地形復(fù)雜，導(dǎo)致隧道在進(jìn)出口過渡段就不得不形成彎曲形狀的情況，為了能夠同樣實現(xiàn)太陽光直接增強(qiáng)照明功能，必須有效延長增強(qiáng)照明的直線長度，即在隧道頂部側(cè)面安裝與導(dǎo)光鏡2相配合的平面導(dǎo)光鏡20實現(xiàn)平行太陽光的相應(yīng)拐彎而傳輸更遠(yuǎn)的距離，但是此導(dǎo)光鏡20不需要配置自動跟蹤系統(tǒng)，具體參見圖2所示的側(cè)視圖。對于南北方向的隧道來說，處于南面(對于地球北半球)入口處過渡區(qū)的太陽光直接增強(qiáng)照明系統(tǒng)直接安裝于隧道口延長的透明建筑物上面，其主要優(yōu)點是第一，最大限度減小了傳輸距離，有利于太陽光的輸送效率的提高；第二，該透明建筑物已經(jīng)有效的降低了入口處的亮度，減小了對增強(qiáng)照明組亮度的要求，第三，因為本裝置直接采集太陽光進(jìn)行隧道照明，所以本身就對具備自適應(yīng)太陽光的特性。而對于北面出入口處的過渡區(qū)增強(qiáng)照明，依此不難推得，僅把導(dǎo)光鏡的傾斜方向轉(zhuǎn)動到垂直對稱位置即可實現(xiàn)，具體過程不再敘述。對于東西方向或者其它任意方向的隧道出入口處的過渡區(qū)增強(qiáng)照明，因為上面所述的從出射槽12得到的已經(jīng)為匯聚后的平行太陽光，所以可以根據(jù)需要在此基礎(chǔ)上再增加一個調(diào)整水平面上太陽光方向(角度)的平面反射鏡即可。例如對于正東西方向的隧道，在此基礎(chǔ)上直接再增加安裝一個在水平方向改變光路方向90°的反光鏡即可實現(xiàn)把平行太陽光導(dǎo)向隧道進(jìn)出口的方向。因為這種方法是在多年研究太陽能聚光應(yīng)用、特別是隧道進(jìn)出口處過渡區(qū)增強(qiáng)照明光源應(yīng)用研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)上反復(fù)研究基礎(chǔ)上改進(jìn)制作的，其聚光器成本大幅度降低， 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更加簡單，太陽光輸送過程損耗進(jìn)一步減小，而且系統(tǒng)本身就具有自適應(yīng)隧道外面太陽光強(qiáng)度的特性，所以作為隧道進(jìn)出口過渡區(qū)的增強(qiáng)型照明光源是最佳選擇；當(dāng)然節(jié)能減排的社會效益更是明顯，具有很大的實用價值。
權(quán)利要求
1.一種能夠直接利用太陽光進(jìn)行隧道照明的裝置，其特征在于包括安裝在隧道口的聚光器以及與聚光器相對應(yīng)的導(dǎo)光鏡(2)，所述的聚光器包括面向太陽的拋物柱形反射折面安裝架以及固定在該安裝架上的若干個平面鏡組成的折面型聚光鏡(11)，以及與其具有同一個焦點并與拋物柱形反射折面安裝架成為一體結(jié)構(gòu)的拋物柱曲面調(diào)光鏡(13)，平行太陽光經(jīng)聚光鏡(11)匯聚后再經(jīng)過拋物柱曲面調(diào)光鏡(13)調(diào)整光路后成為增強(qiáng)后的平行太陽光，然后從拋物柱形反射折面安裝架的出射槽(12)中輸出到導(dǎo)光鏡(2)，其中導(dǎo)光鏡(2) 的反射光線與隧道方向相同且安裝在隧道口外，其安裝高度取決于隧道上部弧形區(qū)域與聚光器二者的高度；另外還有在隧道內(nèi)弧頂部壁上噴涂有能夠?qū)?dǎo)光鏡(2)導(dǎo)入的平行太陽光均勻反射到隧道中各處路面上的反射薄膜(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能夠直接利用太陽光進(jìn)行隧道照明的裝置，其特征在于所述的聚光器還與高精度跟蹤系統(tǒng)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能夠直接利用太陽光進(jìn)行隧道照明的裝置，其特征在于所述的導(dǎo)光鏡(2)與自動跟蹤裝置相連接，導(dǎo)光鏡(2)將匯聚后的平行太陽光輸導(dǎo)到與隧道方向相同且高度處于隧道上部弧形區(qū)域空間，但是由導(dǎo)光鏡輸送的光線的光軸與隧道頂部直線之間的夾角為P，且tg@ =H/S，其中H為平行光的高度，S為隧道內(nèi)輸送的直線距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能夠直接利用太陽光進(jìn)行隧道照明的裝置，其特征在于所述的聚光鏡(11)的開口長度L、寬度W分別取決于系統(tǒng)聚光比例即L/W1和隧道的寬度；出射槽(12)的寬度Wl取決于隧道的高度或者頂部弧度高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能夠直接利用太陽光進(jìn)行隧道照明的裝置，其特征在于所述的隧道進(jìn)出口處向外一定距離內(nèi)的公路上還設(shè)置有鋼構(gòu)透明的亮度緩沖建筑(4)，聚光器以及與聚光器相對應(yīng)的導(dǎo)光鏡(2)安裝在該亮度緩沖建筑(4)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能夠直接利用太陽光進(jìn)行隧道照明的裝置，其特征在于所述的若在隧道的入口段就存在拐彎的隧道，在隧道頂部側(cè)面安裝與導(dǎo)光鏡(2)相配合的、 而且不需要自動跟蹤系統(tǒng)的平面導(dǎo)光鏡(20)，實現(xiàn)平行太陽光的相應(yīng)拐彎并傳輸更遠(yuǎn)的距離。
全文摘要
一種能夠直接利用太陽光進(jìn)行隧道照明的裝置，采用若干個小平面組成的拋物線柱折平面來代替聚光器中的拋物線柱曲面，從生產(chǎn)工藝上把曲面鍍銀玻璃生產(chǎn)工藝簡化為常規(guī)的平面鍍銀玻璃的生產(chǎn)工藝，使得生產(chǎn)成本大幅度下降；再把匯聚后的平行太陽光與隧道頂部以夾角β的方向從隧道上部入射進(jìn)隧道里，并且在隧道頂部洞壁一定區(qū)域直接噴涂具有很好反光性能的薄膜來實現(xiàn)平行太陽光直接反射到路面上照明；從而既節(jié)省了反射玻璃組的使用、安裝及維護(hù)費用，而且直接把反光涂料噴涂在隧道頂部的方法，既保證了反射到路面上太陽光的均勻性，又大幅度降低了材料和施工成本，也提高了自潔性能，方便了維護(hù)和管理，從而為太陽光直接應(yīng)用于隧道增強(qiáng)照明推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件。
文檔編號F21V7/10GK102537825SQ201210028970
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者孟惠, 寧鐸, 張劍莉, 李宏杰, 羅萬志, 辛登科 申請人:陜西科技大學(xué)