專利名稱：具有帶棱鏡的圓頂和圓筒部分的天窗蓋的制作方法
具有帶棱鏡的圓頂和圓筒部分的天窗蓋
I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明大體涉及天窗蓋。II.
背景技術(shù)：
簡言之，管狀天窗諸如美國專利號(hào)5，896，713和6，035，593中所提到的那些包括安裝在建筑物的屋頂和天花板之間的管組件，所述兩個(gè)美國專利和本發(fā)明一樣均由相同的受讓人擁有，且所述兩個(gè)美國專利均在此通過引用并入。管組件的頂端由屋頂安裝蓋(roof-mounted cover)覆蓋，而管組件的底端由天花板安裝擴(kuò)散板(ceiling-mounted cover)覆蓋。利用這種組合，建筑物外部的自然光直接通過管組件進(jìn)入建筑物的內(nèi)部以照明內(nèi)部。發(fā)明_既述本發(fā)明已認(rèn)識(shí)到，為了優(yōu)化光穿過蓋的傳輸，可以在蓋上使用棱鏡，以增加光線通透量并使全天的光線通透量均衡。但是正如本文還認(rèn)識(shí)到的，棱鏡的配置不應(yīng)該使蓋的制造過度地復(fù)雜化。因此，天窗組件包括天窗管道(skylight shaft)和覆蓋管道的頂端的天窗蓋。蓋包括圓筒狀部分和與圓筒狀部分一體形成并從圓筒狀部分延伸至封閉頂點(diǎn)的圓頂部分。圓頂部分形成有棱鏡線(prism line)。圓筒狀棱鏡環(huán)限定圓筒狀部分的軸向段。在示例性的實(shí)施方案中，棱鏡環(huán)在環(huán)的外表面上形成有棱鏡凹槽，所述棱鏡環(huán)抵著軸向段的內(nèi)表面而定位。凹槽可以垂直于棱鏡環(huán)的軸線且棱鏡環(huán)可完全地限定軸向段。如果需要，則蓋的圓筒狀部分可包括與第一軸向段鄰接的第二軸向段，且第二軸向段并未并置有棱鏡。圓頂部分可以是球形的形狀或可以呈現(xiàn)一些其它的封閉形式，諸如錐體。在一些執(zhí)行方式中，圓頂部分形成有第一棱鏡元件和第二棱鏡元件，第二棱鏡元件與第一棱鏡元件在圓頂部分上交替并限定圓頂部分。第一棱鏡元件可以界定例如58°的第一棱鏡角，而第二棱鏡元件可以界定例如60°的第二棱鏡角。在另一個(gè)實(shí)施方案中，天窗蓋包括界定開放邊緣、與開放邊緣間隔開的封閉頂點(diǎn)以及在開放邊緣和封閉頂點(diǎn)之間的連續(xù)的壁的上部圓頂部分，該連續(xù)的壁包圍開放邊緣至封閉頂點(diǎn)之間的所有空間。多個(gè)棱鏡元件被配置成是完全地限定壁的封閉圓形物 (circle)，并被定向成與開放邊緣平行。下部空心圓筒狀部分從圓頂部分的開放邊緣向下延伸而終止于光線能夠透過的開放下端。圓筒狀棱鏡環(huán)抵著圓筒狀部分的表面而定位。棱鏡環(huán)承載被配置成用于折射光線的棱鏡。在另一個(gè)實(shí)施方案中，天窗包括界定上端和下端的管組件、覆蓋下端的擴(kuò)散器組件以及蓋組件，該蓋組件覆蓋上端并允許光線通過蓋組件進(jìn)入管組件。蓋組件具有帶有棱鏡的上部圓頂以及在圓頂和管組件之間延伸的帶有棱鏡的下部圓筒。參照附圖可最好地理解本發(fā)明的關(guān)于其結(jié)構(gòu)和操作兩方面的細(xì)節(jié)，其中同樣的參考數(shù)字指同樣的部分，且其中附圖簡述


圖1是圖示出蓋的環(huán)境的示例非限制性天窗的部分截面的側(cè)視圖；圖2是沿著圖1中線2-2所見的蓋的剖面圖；圖3是沿著圖1中線2-2所見的蓋的圓頂部分的一個(gè)實(shí)施方案的壁的節(jié)段的更詳細(xì)的剖面圖；圖4是由圖2中的圈4-4所標(biāo)示的圓頂部分的細(xì)節(jié)；以及圖5是由圖2中的圈5-5所標(biāo)示的圓筒狀部分的細(xì)節(jié)。優(yōu)選實(shí)施方案詳述首先參考圖1，顯示了利用自然光來照明建筑物(通常標(biāo)示為16)中具有天花板清水墻14的內(nèi)部房間12的按照本發(fā)明所制造的管狀天窗(通常標(biāo)示為10)。圖1顯示出建筑物16具有屋頂18以及支撐屋頂18和天花板清水墻14的一個(gè)或多個(gè)托梁20。如圖1所示，天窗10包括剛性硬質(zhì)的塑料或玻璃屋頂安裝蓋21。蓋21是光學(xué)傳輸?shù)牟?yōu)選是透明的。以下進(jìn)一步討論蓋21。蓋21可以通過環(huán)狀金屬遮雨板22而安裝于屋頂18，環(huán)狀金屬遮雨板22通過本領(lǐng)域中熟知的方法而附接于屋頂18。金屬遮雨板22可針對屋頂18的斜面適當(dāng)?shù)貎A斜，以在所示的大體垂直的豎直方向接合并托住蓋21。如圖1另外所示的，內(nèi)部反射的中空金屬管道組件(通常標(biāo)示為24)與遮雨板22 相連接。組件M的截面可以是圓筒形的、矩形的、三角形的，等等。因此，雖然在本文中不時(shí)地使用單詞“管”，但是應(yīng)該理解的是本發(fā)明的原理不限于管本身。管道組件M延伸至內(nèi)部房間12的天花板14。按照本發(fā)明，管道組件M將進(jìn)入管道組件M的光線向下地引向光線擴(kuò)散器組件(通常標(biāo)示為沈)，所述光線擴(kuò)散器組件沈設(shè)置于房間12中并安裝于如在以上提到的’ 593專利中所描述的天花板14或托梁20。管道組件M可以由金屬諸如鋁或鋼的合金制成，或管道組件M可以由塑料或其它合適的材料制成。管道組件對的內(nèi)部通過例如電鍍、陽極處理、金屬化塑料薄膜涂層或其它合適的方法來提供反射。在一個(gè)實(shí)施例實(shí)施方案中，管道組件M由單個(gè)管道形成。然而，如圖1所示，如果需要的話，管道組件M可包括多個(gè)段，按照本原理多個(gè)段中的每一個(gè)段是內(nèi)部反射的。特別地，管道組件M可包括與遮雨板22接合并由蓋21覆蓋的上管道觀。此外，如果需要的話，管道組件M可包括與上管道28鄰接并在彎頭31處相對于管道28傾斜的中上管道30。 另外，管道組件M可包括與中上管道30可滑動(dòng)地接合的用于吸收管道組件M中的熱應(yīng)力的中下管道32。并且，下管道34可以與中下管道32鄰接并在彎頭35處連接中下管道32， 且使下管道34的底部由擴(kuò)散器組件沈覆蓋。彎頭35針對建筑物16適當(dāng)?shù)貎A斜，以便管道組件M將屋頂安裝蓋21連接于天花板安裝擴(kuò)散器組件26。應(yīng)該理解的是，在適當(dāng)?shù)那闆r下，按照本領(lǐng)域已知的原理，可以機(jī)械地緊固并用膠帶覆蓋管道之間的一些接頭。如圖2所示，蓋21可包括圓筒狀部分36和圓頂部分38。圓頂部分38可以與圓筒狀部分36 —體地形成，并可以從開放邊緣40延伸至與開放邊緣40間隔開的封閉頂點(diǎn)42， 形成連續(xù)的壁44。圓頂部分38可以是球形的形狀，或可以呈現(xiàn)一些其它的封閉形式，諸如錐體。圓筒狀部分36可以是中空的，且可以從開放邊緣40向下延伸而終止于光線能夠透過的開放下端46。蓋21還可以包括限定圓筒狀部分36的軸向段50的圓筒狀棱鏡環(huán)48。在一些實(shí)施方案中，這種棱鏡環(huán)48與圓筒狀部分36不是整體的。在包括棱鏡環(huán)48的實(shí)施方案中， 棱鏡環(huán)48可以限定圓頂21的全部圓筒狀部分36?？蛇x擇地，如圖2所示，棱鏡環(huán)48可以限定圓筒狀部分36的第一軸向段50，但不限定與第一軸向段50鄰接的第二軸向段52。圓頂部分38可以形成有棱鏡元件(通常標(biāo)示為M)，棱鏡元件M可以具有棱鏡線，該棱鏡線被蝕刻在圓頂部分38中、模鑄在圓頂部分38中、或以其它方式與圓頂部分38 一體形成或附接于圓頂部分38。棱鏡元件通過捕獲蓋21外部產(chǎn)生的光線并且將光線向下集中使得光線通過開放邊緣40、穿過包括圓筒狀部分36和棱鏡環(huán)48中任何一個(gè)或兩者的實(shí)施方案中的圓筒狀部分36和棱鏡環(huán)48、并進(jìn)入管組件M中來增加光線通透量。棱鏡線 M可以被定向成與開放邊緣40平行，并可完全地限定以同心圓形物形式的圓頂部分38。以下更詳細(xì)地描述示例性的棱鏡線M。在一些實(shí)施方案中，棱鏡環(huán)48本身可以承載被配置成用于折射光線的棱鏡(通常標(biāo)示為56)。這些棱鏡56可包括棱鏡環(huán)48的外表面58上的棱鏡凹槽56，且當(dāng)環(huán)處于平坦結(jié)構(gòu)中時(shí)棱鏡56可以是線性的，且因此當(dāng)環(huán)48被彎曲成所示的圓筒狀結(jié)構(gòu)時(shí)棱鏡56形成環(huán)圈。棱鏡環(huán)48的外表面58可以抵著圓筒狀部分36的軸向段50的內(nèi)表面60而定位。棱鏡凹槽56可以與棱鏡環(huán)48的軸線垂直，即，可以與開放下端46平行，或可以以其它方式定向。這些棱鏡56與圓頂部分38的一些實(shí)施方案中的棱鏡元件相似之處是在于其從圓頂 21的外部捕獲光線并將光線向下集中至管組件M中，從而增加光線通透量。圖3更加詳細(xì)地描述了圓頂部分38的壁44的一個(gè)實(shí)施方案的一部分的截面，其中壁44形成有棱鏡元件M。在這個(gè)實(shí)施例中，壁44的內(nèi)表面60形成有多個(gè)棱鏡元件M。 所有棱鏡元件討可具有相同的棱鏡角(通常標(biāo)示為6 ，但在可選擇的實(shí)施方案中，不是所有棱鏡元件討具有相同的棱鏡角62。圖3顯示了后一種類型的一個(gè)實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施例中，圓頂部分38的壁44形成有第一棱鏡元件5 和與第一棱鏡元件5 交替的第二棱鏡元件^b。第一棱鏡元件5 可以界定例如58°的第一棱鏡角62a，而第二棱鏡元件54b可以界定例如60°的第二棱鏡角62b。然而，根據(jù)外部圓頂表面的斜度可以采用其它棱鏡角。圓頂部分的外表面可以是彎曲的。圖4和5分別提供了對圓頂部分和圓筒狀部分的關(guān)于給定太陽高度的角度的另外的細(xì)節(jié)?？紤]以上描述，現(xiàn)在可以理解，本原理的示例性實(shí)施方案提供了高雙折射角而沒有使天窗蓋的圓筒狀部分彎曲或成形(超出其圓筒狀形狀)，也維持了用于陽光收集的大的有效面積。以上提供的實(shí)施例在制造上比其它天窗蓋相對更簡單，并允許更大范圍的棱鏡角。還可以理解的是，圓頂部分和棱鏡環(huán)部分的棱鏡角可以被設(shè)計(jì)成提供這樣一種對于太陽的入射角，該入射角最大化太陽高度輻射的范圍，這對于捕獲光線并向下折射光線是所希望的。其還可以被設(shè)計(jì)成基于所希望的光線走向來提供對第二表面折射或反射的適當(dāng)?shù)娜肷浣?。這通過空氣/聚合物(低至高指數(shù))界面而被促進(jìn)。這種圓頂和棱鏡環(huán)可以被制成單一折射指數(shù)聚合物，且棱鏡環(huán)可被共擠塑或鑄造在具有更高折射指數(shù)的另一種聚合物材料上。得到的第二界面還可提供另外的光線折射。由于聚合物/空氣(高至低指數(shù))界面，因而棱鏡環(huán)的平面狀的/平坦的內(nèi)表面可繼續(xù)向下折射光線。圓筒狀部分可以與各種形狀的圓頂(正方形的、多邊形的、橢圓形的，等等)一起使用以捕獲低角度陽光。利用合適的透明聚合物可達(dá)到大于.9 1的縱橫比(垂直高度比對7jC平光闡(horizontal aperture))。除了關(guān)于在低太陽高度角處增加天窗的光闌的好處以外，圓筒狀部分還可被設(shè)計(jì)成減小更高日照角處的可獲得的光闌，以阻止過度照亮空間和使空間過熱。下表利用兩個(gè)不同的普里阿摩斯角度(priam angle)來說明這個(gè)概念。在圖5中說明了 50°實(shí)施方案。 較大的棱鏡角(70° )實(shí)施方案允許陽光進(jìn)入管直到60°的太陽高度，而50°實(shí)施方案使陽光收集限制至50°的太陽高度(自水平面的棱鏡角)
太陽高度(°) 50°的棱鏡角70°的棱鏡角
2042°31°
3055。42。
4074。55。
50TIR72°
60TIRTIRTLR =總的內(nèi)部反射，無光線從圓頂進(jìn)入管/天窗。這種圓筒圓頂?shù)捻敳靠梢允枪饬恋膱A頂或具有多種棱鏡概念設(shè)計(jì)的帶棱鏡的圓頂。由于上空陽光的較高的傳輸和對開放天空的大光闌，光亮的圓頂應(yīng)用在高度彌漫的氣候中是有利的。由于大的初始折射角的寬基極(wide base)，帶棱鏡的圓頂將進(jìn)一步增強(qiáng)圓筒圓頂收集陽光的直接射線。圓筒部分的幾何形狀也可變化且不依賴于平行邊。因此圓筒部分的壁可以是嚴(yán)格的圓筒狀的或從基底向內(nèi)或向外輕微地逐漸變細(xì)以允許更加緊湊的包裝和船運(yùn)中更小的空間，這是因?yàn)槎鄠€(gè)圓頂可以嵌套在一起。因此，圓筒狀部分在垂直的/接近垂直的平面上收集光線，以對光線收集提供更加高的縱橫比。代替在圓頂內(nèi)部制造棱鏡，上述棱鏡環(huán)可以有利地用于向下折射光線而不減小圓頂直徑/收集面積。由于高至低的指數(shù)連接(index junction)，棱鏡環(huán)的平面狀的后側(cè)提供了極好的向下折射。利用具有1.49-1. 65范圍內(nèi)的折射指數(shù)的塑料聚合物，圓頂?shù)膱A筒狀部分可被設(shè)計(jì)成具有超過.9的縱橫比。以下說明了示例性實(shí)施方案與常規(guī)的光亮的圓頂?shù)挠?jì)算機(jī)模擬比較，其比較了在不同太陽高度處用光亮的21英寸直徑開口與用相同直徑和23英寸高度的示例性實(shí)施方案收集的陽光的量(以流明為單位)。
太陽高度(° )光亮的圓頂示例性實(shí)施方案的圓頂~
20685013880
30979015840
401383117150
權(quán)利要求
1.一種天窗組件，包括至少一個(gè)天窗管道04)；覆蓋所述管道的頂端的天窗蓋(21)，所述蓋包括圓筒狀部分(36)；圓頂部分(38)，其與所述圓筒狀部分(36) —體形成并從所述圓筒狀部分(36)延伸至封閉頂點(diǎn)(42)，所述圓頂部分(38)形成有棱鏡線(54)；以及圓筒狀棱鏡環(huán)(48)，其限定所述圓筒狀部分(36)的軸向段(50)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述棱鏡環(huán)G8)在抵著所述軸向段(50)的內(nèi)表面(60)而定位的所述環(huán)08)的外表面(58)上形成有棱鏡凹槽(56)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中所述凹槽(56)垂直于所述棱鏡環(huán)G8)的軸線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述棱鏡環(huán)G8)完全地限定所述軸向段(50)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述軸向段(50)是第一軸向段且所述蓋的所述圓筒狀部分(36)還包括與所述第一軸向段(50)鄰接的第二軸向段(52)，所述第二軸向段 (52)并未并置有所述棱鏡環(huán)G8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述圓頂部分(38)是球形的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述圓頂部分(38)不是球形的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述圓頂部分(38)形成有第一棱鏡元件(Ma)和第二棱鏡元件(54b)，所述第一棱鏡元件(Ma)與所述第二棱鏡元件(Mb)在所述圓頂部分 (38)上交替并限定所述圓頂部分(38)，所述第一棱鏡元件(Ma)界定第一棱鏡角且所述第二棱鏡元件64b)界定與所述第一棱鏡角不同的第二棱鏡角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組件，其中所述第一棱鏡角是58°且所述第二棱鏡角是 60° 。
10.一種天窗蓋，包括上部圓頂部分(38)，其界定開放邊緣(40)、與所述開放邊緣00)間隔開的封閉頂點(diǎn) (42)以及在所述開放邊緣GO)和所述封閉頂點(diǎn)0 之間的連續(xù)的壁(44)，所述壁04) 包圍所述開放邊緣GO)至所述封閉頂點(diǎn)0 之間的所有空間，多個(gè)棱鏡元件(54)被配置成是完全地限定所述壁G4)的封閉圓形物并被定向成與所述開放邊緣GO)平行；下部空心圓筒狀部分(36)，其從所述圓頂部分(38)的所述開放邊緣00)向下延伸而終止于光線能夠透過的開放下端G6)；以及圓筒狀棱鏡環(huán)(48)，其抵著所述圓筒狀部分(36)的表面而定位并承載被配置成用于折射光線的棱鏡(54)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓋，其中所述棱鏡環(huán)08)的棱鏡(54)與所述開放下端G6) 是平行的。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓋，其中所述圓頂部分(38)和所述圓筒狀部分(36)相互成一體，且所述棱鏡環(huán)G8)與所述圓筒狀部分(36)不是整體的。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓋，其中所述棱鏡環(huán)08)抵著所述圓筒狀部分(36)的上段 (50)的內(nèi)表面而定位，所述圓筒狀部分(36)的下段(5 遠(yuǎn)離所述上段(50)延伸，所述棱鏡環(huán)G8)不抵著所述下段(5 設(shè)置。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓋，其中所述圓頂部分(38)是球形的形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓋，其中所述圓頂部分(38)不是球形的。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓋，其中所述圓頂部分(38)形成有第一棱鏡元件(Ma)和第二棱鏡元件(54b)，所述第一棱鏡元件(Ma)與所述第二棱鏡元件(Mb)在所述圓頂部分 (38)上交替并限定所述圓頂部分(38)，所述第一棱鏡元件(Ma)界定第一棱鏡角且所述第二棱鏡元件64b)界定與所述第一棱鏡角不同的第二棱鏡角。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的蓋，其中所述第一棱鏡角是58°且所述第二棱鏡角是 60° 。
18.一種天窗，包括界定上端和下端的管組件04)；覆蓋下端的擴(kuò)散器組件06)；蓋組件(21)，其覆蓋上端并允許光線通過所述蓋組件而進(jìn)入所述管組件，所述蓋組件包括帶有棱鏡(54)的上部圓頂(38)以及在所述圓頂(38)和所述管組件之間延伸的帶有棱鏡(54)的下部圓筒(36)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的天窗，其中所述圓頂(38)形成有第一棱鏡元件(Ma)和第二棱鏡元件(54b)，所述第一棱鏡元件(Ma)與所述第二棱鏡元件(Mb)在所述圓頂(38) 上交替并限定所述圓頂(38)，所述第一棱鏡元件(Ma)界定第一棱鏡角且所述第二棱鏡元件(Mb)界定與所述第一棱鏡角不同的第二棱鏡角。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的天窗，其中所述第一棱鏡角是58°且所述第二棱鏡角是 60° 。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的天窗，包括圓筒狀棱鏡環(huán)(48)，所述圓筒狀棱鏡環(huán)08)抵著所述圓筒(36)的表面而定位并且承載被配置成用于折射光線的棱鏡(54)以形成所述下部圓筒的棱鏡。
全文摘要
一種天窗蓋(21)，具有形成有多個(gè)棱鏡元件(54)的上部圓頂部分(38)和從圓頂部分(38)的開放邊緣(40)向下延伸而終止于開放下端(46)的下部圓筒狀部分(36)，其中光線能夠透過所述開放下端(46)。圓筒狀棱鏡環(huán)(48)抵著圓筒狀部分(36)的表面(50)而定位，并承載被配置成用于折射光線的棱鏡(54)。
文檔編號(hào)E04D13/03GK102459778SQ201080027735
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者保羅·雅斯特爾 申請人:索樂圖國際公司