專利名稱：一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃及應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對陽光光線有選擇性分光功能的其內部有結構的復合玻璃，將其推廣應用時還涉及幾種類似被動式太陽能建筑物的玻璃幕墻、玻璃窗等，其IPC分類大致為EO4B2/88、EO4C2/54、EO4D3/06等。
背景技術：
現有的對陽光光線有選擇性分光功能的玻璃以無機玻璃為主，塑料透明有機化合物如有機玻璃、塑料薄膜等所占比重相對少些，其對陽光光線的選擇性分光工作原理一般是用以下兩種方法，一是將其表面貼膜或表面鍍膜，二是在制造玻璃時加入能吸收光線的原料，其產品如有色玻璃、鍍膜玻璃等。上述方法制成的玻璃具有工藝簡單、成本低廉等優點，目前已經廣泛應用在建筑物、汽車等方面。
但上述的產品也有缺點，在冬天室內人們需要陽光照射時有色玻璃等照樣限制光線的進入，如茶色玻璃窗可減少應有光線的50％，一般有色玻璃窗也能減少應有光線的30％至40％，夏天在室內，人們不需要陽光照射時，其限制陽光光線進入的功能卻很有限，一般仍有20％至40％的光線能透過有色玻璃窗進入室內，當常年使用深色玻璃窗采光時，對人們視神經的光色分辨能力有一定影響。
現有的被動式太陽能房的主要功能結構是太陽能房陽面的采光玻璃與采光玻璃后面的重質墻的組合，這種結構在冬季的確能起到良好效果，但在夏季對人們需要室內溫度低于室外氣溫溫度時，這種以吸收太陽能為主的組合結構將有負面效應，現有大多數面向陽面的采光窗也有類似的特點。
發明內容
本發明的目的一是，提供一種對陽光光線有選擇性分光功能的復合玻璃的結構形式，將其面對陽光正立使用時，具有對來自其前面入射角度不同的陽光光線加以選擇并給以分光的功能，使需要透過的光線大部分能順利通過玻璃，使另一些角度的不大需要的光線先在玻璃內部進行多次反復折射，當其光線能量經過一定量吸收后再通過玻璃射出；本發明的目的二是，通過在目的一中所提到的一種對陽光光線有選擇性分光功能的復合玻璃結構內部設置光學元件裝置，達到對本發明目的一中所指的另一些角度的不大需要的光線限制其通過并將其反射到外面天空中去或只允許一部分有色光線通過的效果；本發明的目的三是，公布二種用其采光時能對陽光有選擇作用的玻璃(窗)幕；本發明的目的四是，提供采光時可兩面使用的對陽光有選擇作用的玻璃(窗)幕方案，以提高其效率；本發明的目的五是，公布兩種對陽光有選擇作用的類似被動式太陽能建筑物的玻璃幕墻本發明的目的六是，提供對太陽光有選擇作用的玻璃采光窗方案；本發明的目的七是，公布一種對太陽光有選擇作用的汽車側面的玻璃窗。
本發明的目的是通過以下方案實現的(一)，眾所周知，光在同一種均勻的透光介質里是沿著直線方向傳播的，當光線從空氣中斜射入密度大于空氣的玻璃中時，會發生折射和反射，例如當一束光線A從空氣中以60° (為便于討論以下角度除特殊說明外均以順時針方向計算)入射角進入一種光線折射率為1.51的正面和背面都為平面的玻璃正面內時，根據折射定律，進入玻璃內的光線折射角應為35°，如果玻璃正面與背面平行，則該束光線A將以入射光線同樣的角度從玻璃的背面射出。但如果玻璃正面的平面與其背面的平面成一定角度，比如反時針夾角為15°，此時可以將該玻璃視為一個(有15°頂角)楔形棱鏡，其光線A在楔形棱鏡內部與楔形棱鏡背面的入射角是(35-15＝20)20°，最后光線A將從玻璃背面以31°的折射角射出，與A開始入射時比較將有14°的偏轉角。可見棱鏡有令光線傳遞時偏轉的作用；假如此時有另一束光線B從空氣中以-60°入射角進入該楔形棱鏡正面內時，同樣進入楔形棱鏡內的光線的折射角應為-35°，光線B在楔形棱鏡內部與楔形棱鏡背面的入射角是(-35-15＝-50)-50°，根據折射定律，光線B無法從楔形棱鏡背面射出，而是在楔形棱鏡內部反射，當楔形棱鏡底角大于楔形棱鏡頂角時，最終光線B將從楔形棱鏡底面射出。不僅舉例中-60°入射角的那束光線B在楔形棱鏡內部進行全反射，所有大于-89°、小于-43°入射角的入射光線在通過有上述角度和光線折射率的楔形棱鏡時，根據折射定律，都將在楔形棱鏡內部先參與全反射，最終光線將從楔形棱鏡的底面射出；而所有小于89°、大于-42°入射角的入射光線在通過有上述角度和折射率的楔形棱鏡時，都將順利從其背面射出，其光線選擇分界角為-42.3。所以楔形棱鏡還具有對來自其正面入射角度不同的光線加以選擇并能在其背面或底面給以分光的功能，這使人們在用其采集陽光光線時對入射角度不同的光線加以有選擇的取舍或限制成為可能。但在現實生活中，用一整塊棱鏡大范圍采集陽光光線(如作采光玻璃)即不方便又難以讓人接受。
當然，按下述方案可以彌補棱鏡的不足，這是一種單階梯透光面玻璃板，玻璃板面向前面的面是一連續平面，面向后面的面是由若干個相互平行排列的透光階梯組成的階梯透光面，在階梯透光面上的每個透光階梯都是由有規律的一寬一窄兩個相交的透光平面構成，一寬一窄兩個相交透光平面的相交夾角為75°至95°，且寬的透光平面寬向延長線與對應的玻璃板面向前面平面的夾角小于30°，當沿著垂直于透光階梯的方向取得一主截面時，單階梯透光面玻璃板面向前面的面為主截面內的一條連續直線，單階梯透光面玻璃板面向后面的階梯透光面，在主截面內為若干個傾斜角度相同、方向一致的鋸齒線。不難看出，單階梯透光面玻璃板后面的每一個透光階梯都可以與其相對應的前面平面形成一個小的有30°頂角的楔形棱鏡的下半部分，透光階梯又都是傾斜角度相同、方向一致的，所以整個單階梯透光面玻璃板后面的階梯透光面與玻璃板前面的平面對應組合后所具有的對入射角度不同的光線加以選擇性分光功能與同等面積的楔形棱鏡相同，但單階梯透光面玻璃板的體積和重量卻減少了許多。
現在，在單階梯透光面玻璃板后邊的位置上再復合一層單階梯透光面玻璃板，兩層玻璃板之間有一定間隙或中空隔層，但其面向它前面階梯透光玻璃板的一面必須也是階梯透光面，該階梯透光面上的每個透光階梯與前面的玻璃板上的透光階梯形狀相同、方向相反、凸凹相扣，形成了兩個階梯透光面上透光階梯間的寬面與寬面相對、窄面與窄面相對但中間有一定間隙的結構。這種有兩層階梯透光玻璃板的組合結構至少有以下兩個特點第一，前面的單階梯透光面玻璃板在采集陽光時有對來自其前面入射角度不同的光線能在其自身后面階梯透光面上透光階梯的寬面和窄面之間加以選擇性分光功能，但無論是從透光階梯的寬面還是從透光階梯的窄面出來的光線都會發生角度偏轉，根據光線是可逆的原理，后面的單階梯透光面玻璃板能將光線通過前面的單階梯透光面玻璃板時發生的角度偏轉修正過來；第二，前面的單階梯透光面玻璃板不完全等同于楔形棱鏡，光線一旦不能從透光階梯的寬面射出時將在透光階梯內反復折射，最終大部分光線將從它下面的幾個透光階梯的窄面依次射出，如再進入后面的單階梯透光面玻璃板內將以與前邊同樣的路線倒向傳遞，行走路線再增加一倍，所以光線在玻璃板內行走路線的長度與能直接從前面的透光階梯的寬面射出來的光線在玻璃板內行走路線的長度之比從幾倍到幾十倍的增長(與階梯透光玻璃板的厚度跟階梯透光面高的比值有關)，其能量大為減少。
需要指出的是雙層階梯透光面玻璃板的組合還有其它結構形式，如結構中前一個階梯透光玻璃板為單階梯透光面玻璃板，后一個階梯透光玻璃板為雙階梯透光面玻璃板，這種結構的好處是在對光線有選擇性的同時還可以改變光線通過的角度，但制造成本也相對高些。當在雙層階梯透光面玻璃板的復合結構外再加一層玻璃板，就構成了有三層透明玻璃板的復合玻璃，它的特點之一是保溫和隔音性能都好。
以上所說的由雙層或三層透明玻璃板構成的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃，玻璃板為無機材料或有機材料制成，每兩層玻璃板之間應有一定間隙或中空隔層，中空隔層的局部位置上可有以增強整體強度為主要目的而設置的與兩層玻璃板相連的連接點，各層玻璃板的平均厚度根據需要也可各不相同，雙層或三層透明玻璃板復合后構成的復合玻璃的四周邊緣還可以是經過密封處理的或經過密封處理后鑲嵌在玻璃框中，復合玻璃的正表面和背表面都應是一連續的平面，上述的這些措施有的是為了保證復合玻璃的選擇性分光功能(光線在玻璃內部全反射時，將從玻璃內部出來幾分之一微米后再回到玻璃內部去)或保溫和隔音性能，有的是為了減輕重量增強整體強度，有的是為了提高其使用性能。
通過以上敘述可以說明，有上述結構的雙層或三層復合玻璃能夠實現本發明的目的一。
(二)，下面對(一)中復合玻璃的技術特征再歸納如下，一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃，由雙層或三層透明玻璃板復合組成，玻璃板為無機材料或有機材料，每兩層玻璃板之間有一定間隙或中空隔層，中空隔層的局部位置上可有以增強整體強度為主要目的而設置的與兩層玻璃板相連的連接點，各層玻璃板的平均厚度根據需要也可各不相同，雙層或三層透明玻璃板復合后構成的復合玻璃的四周邊緣還可以是經過密封處理的或經過密封處理后鑲嵌在玻璃框中，復合玻璃的正表面和背表面都是一連續的平面，復合玻璃中有兩層階梯透光玻璃板的組合結構，其中前一個階梯透光玻璃板為單階梯透光面玻璃板，玻璃板面向前面的面是一連續平面，面向后面的面是由若干個相互平行排列的透光階梯組成的階梯透光面，在階梯透光面上的每個透光階梯都是由有規律的一寬一窄兩個相交的透光平面構成，一寬一窄兩個相交透光平面的相交夾角為75°至95°，且寬的透光平面寬向延長線與對應的玻璃板面向前面平面的夾角小于30°；后一個階梯透光玻璃板也可以是單階梯透光面玻璃板，其面向它前面階梯透光玻璃板的一面必須也是階梯透光面，該階梯透光面上的每個透光階梯與前面的玻璃板上的透光階梯形狀相同、方向相反、凸凹相扣，形成了兩個階梯透光面上透光階梯間的寬面與寬面相對、窄面與窄面相對但中間有一定間隙的結構。
當構成(一)中復合玻璃主要功能的兩個階梯透光玻璃板相對的階梯透光面上每一個透光階梯的一寬一窄兩個相交透光平面的相交夾角為直角，且兩個玻璃板相對的階梯透光面上透光階梯的窄面上或窄面與窄面之間，有以“鍍”、“貼”、“夾”的方式安置的與透光階梯的窄面平行的具有限制透光功能的光學薄膜或光學薄片(光學薄膜是指光反射膜或光的顏色濾光膜，光學薄片是指光反射薄片或光的顏色濾光片)時，就構成了一種對陽光有選擇性分光反射功能的復合玻璃。它對于來自其前面入射角度不同的陽光光線中，需要透過的光線大部分能順利通過玻璃這一點與(一)中的復合玻璃相同，而對另一些角度的不需要的光線(一)中的復合玻璃是先在玻璃內部進行多次反復折射，當其光線能量經過一定量吸收后再通過玻璃射出；(二)中的復合玻璃是先在前一個單階梯透光面玻璃板的玻璃內部進行反射，當透光階梯的窄面上或窄面與窄面之間以“鍍”、“貼”、“夾”的方式安置的與透光階梯的窄面平行的具有限制透光功能的光學薄膜或光學薄片為光的顏色濾光膜時，一部分有色光線將通過，當透光階梯的窄面上或窄面與窄面之間以“鍍”、“貼”、“夾”的方式安置的與透光階梯的窄面平行的具有限制透光功能的光學薄膜或光學薄片為光反射膜時，在玻璃內部進行反射的光線將被反射到外面天空中去。
為什么(二)中的一種復合玻璃正立使用時能將光線反射到外面的天空中去呢？原因有二，一是透光階梯的窄面上或窄面與窄面之間有反射膜，二是兩個階梯透光玻璃板相對的階梯透光面上每一個透光階梯的一寬一窄兩個相交透光平面的相交夾角為直角。上述觀點已經得到實踐證明，另外理論上運用物理學的光的入射角與反射角相等原理及數學的兩條平行線同位角相同等原理不難證明上述觀點。
以上分析說明，具有(二)中技術特征所描述的復合玻璃能夠實現目標二。
(三)，我們知道許多人都有這樣的體會，在冬天人們需要多一些陽光，因為它能多帶來一些溫暖，在夏天人們需要少一些陽光，因為它能減少一些炎熱，我們還知道冬天的太陽和夏天的太陽在白天時對地面上房屋建筑物的照射角度各不相同，其中一個明顯不同是冬天正午的太陽和夏天正午的太陽高度不同。于是便有如下方案，一種采光用平面玻璃幕或玻璃窗，當沿水平方向對其任取一截面時，玻璃幕或玻璃窗在截面內都是同樣的直線結構，它是由具有上述(二)或上述(一)中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃正立使用時構成的，所謂正立使用是指當復合玻璃中前面的單階梯透光面玻璃板的平面面向玻璃幕或玻璃窗外側的同時，前面的單階梯透光面玻璃板的階梯透光面上每一個透光階梯的寬的透光平面位于該透光階梯窄的透光平面上方時。由于這種平面玻璃幕或玻璃窗是由對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃正立使用時構成的，對入射高度不同的太陽光具有選擇性，所以在一定程度上能夠滿足人們的上述需要。從(一)和(二)中的內容里不難看出，這種平面玻璃幕或玻璃窗具有選擇性透光與減少光線或選擇性透光與反射光線的功能。
在(一)和(二)中，我們討論了有結構的復合玻璃的選擇性分光功能等問題，在上段文字中又指出冬天正午的太陽和夏天正午的太陽高度不同，但這些討論是僅限在平面內的討論，在現實中太陽在白天時對地面上房屋建筑物的照射角度是立體的，有結構的復合玻璃的使用也必須是立體的，巧的是復合玻璃中的前面的單階梯透光面玻璃板對光線的分光角度隨著角度的偏移也是立體遞減的，即在地球北半球，將其面向正南方垂直地面正立使用時，在正午的時間里單階梯透光面玻璃板對陽光的分光角度最大，在早、晚時間里對陽光的分光角度最小，以透光階梯的寬的透光平面寬向延長線與對應的玻璃板面向前面平面的夾角為8°且光線折射率為1.495的單階梯透光面玻璃板為例，正立使用時，對于來自即垂直于玻璃板又垂直于地面的界面內的光線，其分光邊界線與玻璃板的夾角是33.3°；對于來自垂直于玻璃板又與垂直于地面界面有27°夾角的界面內的光線，其分光邊界線與玻璃板的夾角是31.3°；對于來自垂直于玻璃板又與垂直于地面界面有54°夾角的界面內的光線，其分光邊界線與玻璃板的夾角是25.1°；對于來自垂直于玻璃板又與垂直于地面界面有81°夾角的界面內的光線，其分光邊界線與玻璃板的夾角是12.7°(單階梯透光面玻璃板的分光邊界線是指與玻璃板位置有一定關系的某一平面內的一條直線，在該平面內入射角度大于該直線角度的所有光線都將被選擇從玻璃板背面透光階梯上寬的透光平面上射出，反之，在該平面內入射角度小于該直線角度的所有光線都將被選擇從玻璃板背面透光階梯上窄的透光平面上射出)。所以一般情況下在正立使用時應盡量將其面向正南方(指在北半球)，這樣利用率最高，只要正午的陽光能被限制通過，在早、晚時間內的陽光也必能被限制通過。略有遺憾的是上面的有8°的單階梯透光面玻璃板對光線的分光角度隨角度偏移的立體遞減速度在許多地理位置上的夏季約半年時間里略慢于太陽落山的速度，因此在使用時會出現春季先從早晚時間開始限制陽光通過，以后逐天增加限制的時間，當即將進入夏季時才能限制到正午的陽光通過的現象。7°、9°等單階梯透光面玻璃板也有類似問題，度數小的現象明顯一些。
事實上許多建筑物的陽面并不是朝著正南方，而是朝向偏南，針對這一情況，一種采光用鋸齒面玻璃幕或玻璃窗能巧妙的利用這一角度，它的結構特點是，當沿水平方向對其任取一截面時，玻璃幕或玻璃窗在截面內都是同樣的鋸齒線結構，在截面內“齒背”線的長度超過“齒刃”線的長度兩倍以上，“齒背”與“齒刃”的夾角為直角，構成截面內的“齒背”部分的玻璃幕或玻璃窗是由具有上述(二)或(一)中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃正立使用時構成的，此時，對于有些角度的建筑將截面內“齒背”部分的玻璃幕或玻璃窗的朝向界于偏南與正南之間的某一角度，其效率可能比直接朝向正南(在北半球)更高，可以接近實現選定從某一天開始全整天限制陽光通過，從某一天開始全整天結束限制陽光通過。
以上的一種采光用平面玻璃幕或玻璃窗及一種采光用鋸齒面玻璃幕或玻璃窗，是實現本發明目的三的技術方案。
(四)，實驗證明，上述(三)中的兩個技術方案的確能起到較好效果，但是還有些不足。一是上面說到的當其面向正南正立使用時，單階梯透光面玻璃板對光線的分光角度隨角度偏移的立體遞減速度在許多地理位置上不能與夏季的太陽落山速度完全同步，二是有某一角度的單階梯透光面玻璃板的復合玻璃選擇、限制陽光天數及每日的限光時間的多少是嚴格按照“夏至”那天為中心對稱日分布的，而夏天的中心對稱日并非“夏至”那天，三是有些時候即使在同一天，可能年輕人喜歡室內涼爽些，老年人喜歡室內溫暖些，所以很難選擇一個讓人人都滿意的固定的選擇、限制光線的分界度數。那么，一種如(三)中所述的采光用平面玻璃幕或玻璃窗，或者采光用鋸齒面玻璃幕或玻璃窗，由一個至若干個鑲嵌在玻璃框內具有(二)或(一)中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃，且構成復合玻璃中的兩層階梯透光玻璃板同為單階梯透光面玻璃板，當復合玻璃及玻璃框都嵌在與其邊框形狀相同的窗口內時構成了玻璃幕或玻璃窗的主要部分，上述的鑲嵌在玻璃框內的復合玻璃及玻璃框在使用時還可以水平旋轉180°后使用，這種將選擇、限制光線通過與否的決定權交給用戶的技術方案可以解決上述問題，而且其在冬天的陽光光線透過率更高。
要更好的實現上文方案有許多方法，其中之一是，根據上段文字說明的采光用玻璃幕或玻璃窗，由一個至若干個鑲嵌在玻璃框內具有(二)或(一)中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃，且構成復合玻璃中的兩層階梯透光玻璃板同為單階梯透光面玻璃板，當復合玻璃及玻璃框都嵌在與其邊框形狀相同的窗口內時構成了玻璃幕或玻璃窗的主要部分，鑲嵌在玻璃框內的復合玻璃及玻璃框在使用時可以水平旋轉180°后使用，通過在用于鑲嵌復合玻璃的玻璃框上、下兩個框邊的上方和下方中間位置，分別安裝了兩個上下對齊的便于玻璃框及復合玻璃水平旋轉的中心軸，上、下兩個中心軸的另外兩端被分別定位于窗口內上框和下框的也是上下對齊的位置上；或者，將上、下兩個中心軸的另外兩端被分別定位在可水平方向旋轉移動的上、下兩個懸臂的移動端上，兩個懸臂的固定端被位置上、下對齊的銷軸分別定位在窗口一側的上方和下方的窗口框上的技術方案能更好的實現把選擇權交給用戶的初衷。當然較好實現上文方案還有許多其它方法，如邊軸水平旋轉180°使用法，邊軸可橫向移動的水平旋轉180°使用法等等。
以上兩段文字說明本發明目的四可以通過上文的技術方案得以實現。
(五)，在前邊的“背景技術”一文中曾經說過，現有的被動式太陽能房陽面的采光玻璃與采光玻璃后面的重質墻(有些被動式太陽能房的采光玻璃后面不設實體墻)的組合結構還有缺陷，即在冬季的確能起到良好效果，但在夏季這種以吸收太陽能為主的組合結構當想獲得相對較低溫度時將有負面效應。現在，有一種房屋朝向陽光一面的玻璃幕墻，它是由具有(三)或(四)中技術特征所描述的采光用玻璃幕構成的，這種玻璃幕墻與建筑物實體墻的組合結構有些類似于被動式太陽能房陽面的組合結構，但它保留了其在冬季的優點，同時又免除了其在夏季的缺陷。
以下方案在冬季較冷地區實用效果會更好一些，根據上段文字所述的一種房屋朝向陽光一面的玻璃幕墻，它是由具有(三)或(四)中技術特征所描述的采光用玻璃幕構成的，它的特點是，在玻璃幕與房屋的實體墻之間設有用于阻止空氣上下自由流動的蜂窩狀隔斷、或方格狀隔斷、或水平狀隔斷。其目的在于阻止空氣上下自由流動，提高工作效率，增強保溫效果。
在(五)中訴說的兩個技術方案是實現本發明目的五的方案。
(六)，在前邊的“背景技術”一文中還曾經說過，現有大多數面向陽面的采光窗也有類似于現有的被動式太陽能房陽面的采光玻璃同樣的優點和缺點，同樣，一種房屋朝向陽光一面的采光窗，其特征在于它是由具有(三)或(四)中技術特征所描述的采光用玻璃窗構成的，該方案能夠克服上述缺點也是實現本發明目標六的技術方案。
(七)，常乘車的人都有這樣的體會，夏天人們喜歡坐在車窗邊，因為能看到車外的景色，夏天人們又不喜歡坐在有陽光的車窗一邊，因為炎熱的陽光能給人帶來不快。現在，一種汽車側面的玻璃窗，其關鍵在于它是由具有(二)或(一)中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃正立使用時構成的。從上面的討論看它是能夠實現本發明目的七的技術方案，也能夠解決上邊的問題。
本發明中對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃的一個突出特點是其選擇性分光功能，它不同于現有的按光的顏色或通光量來選擇并分光的技術，而是按光的入射角度來選擇并分光的方法，當其正立使用時能將冬日的陽光與夏天的日照準確加以區分并從中選擇，這恰好符合人們的需要；第二，本發明中的一種對陽光有選擇性分光反射功能的復合玻璃正立使用，在處理人們不需要的但已經進入玻璃內部的陽光光線時，除消耗在玻璃內的一部分外，有選擇將其大部分反射到天空中去的特點；第三，本發明的一個應用——類似于太陽能房的玻璃幕墻，它具有無論在冬天還是在夏日都能充分發揮積極工作效率的特點，特別是它在夏天的工作方式是現有技術無法取代的；第四，本發明中的可以水平旋轉180°后使用的玻璃幕或玻璃窗，把選擇陽光通過與否的權利交給用戶，使產品更具有人性化、個性化的特點；第五，將本發明應用在建筑物陽面的玻璃幕墻、玻璃窗等地方有非常明顯的節能效果，同時還有環保作用。
以下結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1是用以說明本發明原理的一個示意圖；圖2是用以說明本發明原理的另一個示意圖；圖3是本發明中的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃的一個主要構成部分其一個功能的工作原理示意圖；圖4是本發明中的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃的一個實例示意圖；
圖5是本發明中的另一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃的一個主要構成部分其一種功能的工作原理示意圖；圖6是本發明中的另一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃的一個實施實例及一個工作原理示意圖；圖7是本發明中的對陽光有選擇性分光功能的平面玻璃幕墻的一個實施實例正面示意圖；圖8是圖7中的A-A剖面圖；圖9是圖7中的B-B剖面圖；圖10是本發明中的對陽光有選擇性分光功能的鋸齒面玻璃幕墻的一個實施實例正面示意圖；圖11是圖10中的C-C剖面圖；圖12是本發明中的可以水平旋轉180°后使用的一種玻璃幕或玻璃窗的一個實施實例正面示意圖；圖13是圖12中的D-D剖面圖；圖14是說明圖12中實施實例的一個工作原理俯視說明圖；圖15是本發明中的對陽光有選擇性分光功能的鋸齒面玻璃窗的一個實施實例正面示意圖；圖16是圖15中的E-E剖面圖。
圖中，1.直角楔形棱鏡、2.入射光線、3.出射光線、4.單階梯透光面玻璃板面向前面的連續平面、5.單階梯透光面玻璃板階梯透光面上組成透光階梯的寬的透光平面、6.單階梯透光面玻璃板階梯透光面上組成透光階梯的窄的透光平面、7.位于前面的單階梯透光面玻璃板、8.位于后面的單階梯透光面玻璃板、9.由一寬一窄兩個相交的透光平面構成的一個透光階梯、10.具有限制透光功能的光學薄膜或光學薄片、11.從玻璃內部反射出來的與入射光線同側同角度反射回去的光線、12.一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃、13.鑲嵌復合玻璃的玻璃框、14.建筑物陽面的實體墻、15.在玻璃幕與房屋的實體墻之間用于阻止空氣上下自由流動的水平狀隔斷、16.鋸齒面玻璃幕或玻璃窗的“齒背”部分、17.鋸齒面玻璃幕或玻璃窗的“齒刃”部分、18.一端定位在窗口框上另一端可水平方向旋轉移動的上懸臂、19.一端定位在窗口框上另一端可水平方向旋轉移動的下懸臂、20.窗口框。
具體實施例方式
在圖1中，一束光線2從空中以60°的入射角進入光線折射率為1.51的，有(反時針方向)15°夾角的楔形棱鏡1的正面內，然后，該束光線的出射光線3從1背面以31°的折射角射出，3與開始進入的入射光線2比較將有14°的偏轉角。由圖1可見棱鏡在傳遞光線時有令光線偏轉的作用。
在圖2中，一束光線2從空中以-60°的入射角進入光線折射率為1.51的有(反時針方向)15°夾角的楔形棱鏡1的正面內，然而，因為全反射的原因，該束光線無法從楔形棱鏡背面直接射出，而是在楔形棱鏡的內部反射，最終光線從楔形棱鏡的底面射出，圖中3為其出射光線。將圖1與圖2結合可見，楔形棱鏡還具有根據來自其正面入射角度不同的光線加以選擇并能在其背面或底面之間給以分光的功能。
在圖3中，圖中示意的是一單階梯透光面玻璃板的一部分，單階梯透光面玻璃板是對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃的一個主要構成部分。一束光線2從空中以50°的入射角進入它的前面4內部，它的光線折射率為1.51，它后面的每一個透光階梯的寬的透光平面5的延長線，與它前面平面4都有10°夾角，因為全反射的原因，該束光線無法從它后面的某一個透光階梯的寬的透光平面5下面直接射出，而是先在透光階梯內部反射，最終光線從下一個透光階梯的窄的透光平面6下射出，圖中3為其出射光線。
在圖4中示意的是對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃的一個實例，前面的單階梯透光面玻璃板7的階梯透光面上每一個透光階梯的寬的透光平面5的延長線與其相對的平面透光面4的夾角為7°，每一個透光階梯的一寬一窄兩個相交的透光平面5和6的相交夾角是直角。復合玻璃的光線折射率為1.51。后面的單階梯透光面玻璃板8面向它前面階梯透光玻璃板7的一面也是階梯透光面，8的階梯透光面上每個透光階梯9與前面的玻璃板上7的透光階梯形狀相同、方向相反、凸凹相扣，形成了兩個階梯透光面上透光階梯間的寬面與寬面相對、窄面與窄面相對但中間有一定間隙的結構。圖4中所示的有選擇性分光功能的復合玻璃對于在與圖的平面重合的界面內入射角度介于89°至59°之間30°范圍內的入射光線，有阻礙或限制其順利通過的功能，根據折射定律這一范圍內的入射光線進入前面的單階梯透光面玻璃板7中后，不能從7中5的透光平面中穿過。7中6與5的下部組合后，將把這些進入7內光線的一部分順原方向反射回去，另一部分撞到5上半部分的光線將在7中反復折射，其能量大為衰減；而對于在與圖的平面重合的界面內入射角度介于59°至-89°之間150°范圍內的入射光線，則允許其大部分通過。
在圖5中，圖中示意的是另一種單階梯透光面玻璃板的一部分，這種單階梯透光面玻璃板是對陽光有選擇性分光、反射功能的復合玻璃的一個主要構成部分。一束光線2從空中以50°的入射角進入它的前面4內部，它的光線折射率為1.51，它后面的每一個透光階梯的寬的透光平面5的延長線，與它前面平面4都有10°夾角，且每一個透光階梯的一寬一窄兩個相交的透光平面5和6的相交夾角是直角。同樣，因為全反射的原因該束光線無法從它后面的某一個透光階梯的寬的透光平面5下面直接射出，而是先在透光階梯內部反射，最終光線從透光階梯的窄的透光平面6下射出。但在6的底面后方，設置有與底面平行的具有限制透光功能的光學薄膜或光學薄片10，當10為波長分光膜或光色濾光片(干涉截止濾光片或干涉帶通濾光片)時，圖中3為出射后的有色光線；當10為光反射薄膜或光反射薄片時，在內部全反射的光線從透光階梯的底面6射出時遇見10后將按其來的方向穿過6再反射回內部去，并在5與4之間經過三次反射后從4表面穿出，見圖中虛線11。
在圖6中示意的是本發明中的另一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃的一個實施實例，示意圖中，前面的單階梯透光面玻璃板7的階梯透光面上每一個透光階梯的寬的透光平面5的延長線與其相對的平面透光面4的夾角為7°，每一個透光階梯的一寬一窄兩個相交的透光平面5和6的相交夾角是直角。復合玻璃的光線折射率為1.51。后面的單階梯透光面玻璃板8面向它前面階梯透光玻璃板7的一面也是階梯透光面，8的階梯透光面上每個透光階梯9與前面的玻璃板上7的透光階梯形狀相同、方向相反、凸凹相扣，形成了兩個階梯透光面上透光階梯間的寬面與寬面相對、窄面與窄面相對但中間有一定間隙的結構，且兩個玻璃板7與8相對的階梯透光面上透光階梯的窄面5與5之間，有以“鍍”、“貼”、“夾”的方式安置的與透光階梯的窄面5平行的具有限制透光功能的光學薄膜或光學薄片。圖中10為夾在兩個透光階梯窄面5之間的且與其平行的，具有限制透光功能的光學薄膜或光學薄片。該復合玻璃對于在與圖的平面重合的界面內入射角度介于89°至59°之間30°范圍內的入射光線，有全部限制其通過(將其反射回去)或對顏色有選擇的限制其通過的功能，而對于在與圖的平面重合的界面內入射角度介于59°至-89°之間150°范圍內的入射光線，則允許其大部分順利通過。在圖中，一束入射角度介于59°至-89°之間的光線2從空中以50°的入射角進入位于上面的單階梯透光面玻璃板7中，并從7中5的下方射出后進入位于下面的單階梯透光面玻璃板8中，經過8的修正后，出射光線3的出射角仍然是50°。
在圖7、圖8、圖9中示意的是本發明中的一個應用——對陽光有選擇性分光功能的平面玻璃幕墻的一個實施實例，圖中的12是將圖6或圖4中所示的一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃正立使用的狀態，13是用于固定復合玻璃12的玻璃框，14是建筑物陽面的實體墻，15是在玻璃幕與房屋的實體墻之間用于阻止空氣上下自由流動的水平狀隔斷。以在北半球41.83°緯度的位置為例，將其面向正南方使用，冬季的白天陽光透過復合玻璃12照射在后面的實體墻14上，將實體墻14加溫，在復合玻璃12與房屋的實體墻14之間的水平狀隔斷15用于阻止受熱空氣上下自由流動，以提高工作效率；進入春季，復合玻璃12從早上、晚上的時間開始限制陽光的透過，以后逐漸增加每天限制陽光的時間，到五月三日開始全天時間限制陽光的進入，這時候復合玻璃12后面的水平狀隔斷15同樣用于阻止冷空氣上下自由流動，以提高工作效率，直到八月十三日結束全天時間限制陽光的進入，以后逐漸減少每天限制陽光的時間，秋季來臨后復合玻璃12開始逐漸結束限制陽光的工作，與此同時采集陽光的工作正逐漸開始。
在圖10、圖11中示意的是本發明中的對陽光有選擇性分光功能的鋸齒面玻璃幕墻的一個實施實例，圖中的16是鋸齒面玻璃幕的“齒背”部分，且它與圖7中12的性能、使用狀態相同，也是有選擇性分光功能的復合玻璃，且是正立使用。圖中的17是鋸齒面玻璃幕的“齒刃”部分，由玻璃或其它材料構成，圖中的14在地球北半球上是建筑物朝向偏南方一面的實體墻，它外面的鋸齒面玻璃幕的“齒背”部分16的朝向應盡量面向正南方或面向正南與偏南之間。C-C剖面圖中的16與17的連續組合構成了剖面內的鋸齒線結構，其中“齒背”16的線長度是“齒刃”17的線長度的3倍。在圖10、圖11中，構成圖中16的復合玻璃12在工作時的狀況與圖7中的12基本相同，在此就不再重復敘述。
圖12、13、14示意的是本發明中的可以水平旋轉180°后使用的一種玻璃幕或玻璃窗的一個實施實例，正立使用時對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃12鑲嵌在玻璃框13內，用于鑲嵌復合玻璃的玻璃框13上、下兩個框邊的上方和下方中間位置，分別安裝了兩個上下對齊的便于玻璃框13及復合玻璃12水平旋轉的中心軸，上、下兩個中心軸的另外兩端被分別定位在可水平方向旋轉移動的上、下兩個懸臂18、19的移動端上，兩個懸臂的固定端被位置上、下對齊的銷軸分別定位在窗口一側的上方和下方的窗口框20上。圖14是對圖12的工作原理俯視說明圖。
在圖15、圖16中示意的是本發明中的對陽光有選擇性分光功能的鋸齒面玻璃窗的一個實施實例，窗口框20內裝玻璃框13，玻璃框13內嵌由三組16、17組成的鋸齒面玻璃窗，鋸齒面玻璃窗的“齒背”部分16與圖7中12的性能、使用狀態相同，也是有選擇性分光功能的復合玻璃，且是正立使用，鋸齒面玻璃窗的“齒刃”部分17由玻璃或其它材料構成。E-E剖面圖中的16與17的連續組合構成了剖面內的鋸齒線結構，其中“齒背”16的線長度是“齒刃”17的線長度的3.6倍。該窗在使用時的工作方式、原理與在圖10、圖7中的敘述基本相同，在此也不再重復敘述。
以上從幾個方面對本發明的原理和幾個實施實例進行了說明，就使用范圍而言，在地球上北緯45°至南緯45°之間的建筑物的向陽面等一些地方一般都適用；就使用效率而言，面向正南或面向偏正南(在南半球相反)的效率最高；就使用效果而言，本發明中的對陽光有選擇性分光功能的可以水平旋轉180°后使用的玻璃幕或玻璃窗的效果最優秀，但其結構相對復雜，成本相對也高些。
權利要求
1.一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃，由雙層或三層透明玻璃板復合組成，玻璃板為無機材料或有機材料，每兩層玻璃板之間有一定間隙或中空隔層，中空隔層的局部位置上可有以增強整體強度為主要目的而設置的與兩層玻璃板相連的連接點，各層玻璃板的平均厚度根據需要也可各不相同，雙層或三層透明玻璃板復合后構成的復合玻璃的四周邊緣還可以是經過密封處理的或經過密封處理后鑲嵌在玻璃框中，復合玻璃的正表面和背表面都是一連續的平面，其技術特征是復合玻璃中有兩層階梯透光玻璃板的組合結構，其中前一個階梯透光玻璃板為單階梯透光面玻璃板，玻璃板面向前面的面是一連續平面，面向后面的面是由若干個相互平行排列的透光階梯組成的階梯透光面，在階梯透光面上的每個透光階梯都是由有規律的一寬一窄兩個相交的透光平面構成，一寬一窄兩個相交透光平面的相交夾角為75°至95°，且寬的透光平面寬向延長線與對應的玻璃板面向前面平面的夾角小于30°；后一個階梯透光玻璃板也可以是單階梯透光面玻璃板，其面向它前面階梯透光玻璃板的一面必須也是階梯透光面，該階梯透光面上的每個透光階梯與前面的玻璃板上的透光階梯形狀相同、方向相反、凸凹相扣，形成了兩個階梯透光面上透光階梯間的寬面與寬面相對、窄面與窄面相對但中間有一定間隙的結構。
2.根據權利要求1中所述的一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃，由雙層或三層透明玻璃板復合組成，玻璃板為無機材料或有機材料，每兩層玻璃板之間有一定間隙或中空隔層，中空隔層的局部位置上可有以增強整體強度為主要目的而設置的與兩層玻璃板相連的連接點，各層玻璃板的平均厚度根據需要也可各不相同，雙層或三層透明玻璃板復合后構成的復合玻璃的四周邊緣還可以是經過密封處理的或經過密封處理后鑲嵌在玻璃框中，復合玻璃的正表面和背表面都是一連續的平面，復合玻璃中有兩層階梯透光玻璃板的組合結構，其中前一個階梯透光玻璃板為單階梯透光面玻璃板，玻璃板面向前面的面是一連續平面，面向后面的面是由若干個相互平行排列的透光階梯組成的階梯透光面，在階梯透光面上的每個透光階梯都是由有規律的一寬一窄兩個相交的透光平面構成，其中寬的透光平面寬向延長線與對應的玻璃板面向前面平面的夾角小于30°；后一個階梯透光玻璃板也可以是單階梯透光面玻璃板，其面向它前面階梯透光玻璃板的一面必須也是階梯透光面，該階梯透光面上的每個透光階梯與前面的玻璃板上的透光階梯形狀相同、方向相反、凸凹相扣，形成了兩個階梯透光面上透光階梯間的寬面與寬面相對、窄面與窄面相對但中間有一定間隙的結構，其技術特征是構成兩個玻璃板相對的階梯透光面上每一個透光階梯的一寬一窄兩個相交透光平面的相交夾角為直角，且兩個玻璃板相對的階梯透光面上透光階梯的窄面上或窄面與窄面之間，有以“鍍”、“貼”、“夾”的方式安置的與透光階梯的窄面平行的具有限制透光功能的光學薄膜或光學薄片，光學薄膜是指光反射膜或光的顏色濾光膜，光學薄片是指光反射薄片或光的顏色濾光片。
3.一種采光用平面玻璃幕或玻璃窗，當沿水平方向對其任取一截面時，玻璃幕或玻璃窗在截面內都是同樣的直線結構，其技術特征是它是由具有權利要求2或權利要求1中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃正立使用時構成的，所謂正立使用是指當復合玻璃中前面的單階梯透光面玻璃板的平面面向玻璃幕或玻璃窗外側的同時，前面的單階梯透光面玻璃板的階梯透光面上每一個透光階梯的寬的透光平面位于該透光階梯窄的透光平面上方時。
4.一種采光用鋸齒面玻璃幕或玻璃窗，當沿水平方向對其任取一截面時，玻璃幕或玻璃窗在截面內都是同樣的鋸齒線結構，在截面內“齒背”線的長度超過“齒刃”線的長度兩倍以上，“齒背”與“齒刃”的夾角為直角，其技術特征是構成截面內的“齒背”部分的玻璃幕或玻璃窗是由具有權利要求2或權利要求1中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃正立使用時構成的。
5.一種如權利要求3所述的采光用平面玻璃幕或玻璃窗，或者如權利要求4所述的采光用鋸齒面玻璃幕或玻璃窗，由一個至若干個鑲嵌在玻璃框內具有權利要求2或權利要求1中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃，且構成復合玻璃中的兩層階梯透光玻璃板同為單階梯透光面玻璃板，當復合玻璃及玻璃框都嵌在與其邊框形狀相同的窗口內時構成了玻璃幕或玻璃窗的主要部分，其技術特征是上述的鑲嵌在玻璃框內的復合玻璃及玻璃框在使用時還可以水平旋轉180°后使用。
6.根據權利要求5所述的采光用玻璃幕或玻璃窗，由一個至若干個鑲嵌在玻璃框內具有權利要求2或權利要求1中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃，且構成復合玻璃中的兩層階梯透光玻璃板同為單階梯透光面玻璃板，當復合玻璃及玻璃框都嵌在與其邊框形狀相同的窗口內時構成了玻璃幕或玻璃窗的主要部分，鑲嵌在玻璃框內的復合玻璃及玻璃框在使用時可以水平旋轉180°后使用，其技術特征是用于鑲嵌復合玻璃的玻璃框上、下兩個框邊的上方和下方中間位置，分別安裝了兩個上下對齊的便于玻璃框及復合玻璃水平旋轉的中心軸，上、下兩個中心軸的另外兩端被分別定位于窗口內上框和下框的上下對齊的位置上；或者，上、下兩個中心軸的另外兩端被分別定位在可水平方向旋轉移動的上、下兩個懸臂的移動端上，兩個懸臂的固定端被上、下位置對齊的銷軸分別定位在窗口一側的上方和下方的位置上。
7.一種房屋朝向陽光一面的玻璃幕墻，其技術特征是它是由具有權利要求3、或權利要求4、或權利要求5、或權利要求6中技術特征所描述的采光用玻璃幕構成的。
8.根據權利要求7所述的一種房屋朝向陽光一面的玻璃幕墻，它是由具有權利要求3、或權利要求4、或權利要求5、或權利要求6中技術特征所描述的采光用玻璃幕構成的，其技術特征是玻璃幕與房屋的實體墻之間有用于阻止空氣上下自由流動的蜂窩狀隔斷、或方格狀隔斷、或水平狀隔斷。
9.一種房屋朝向陽光一面的采光窗，其技術特征是它是由具有權利要求3、或權利要求4、或權利要求5、或權利要求6中技術特征所描述的采光用玻璃窗構成的。
10.一種汽車側面的玻璃窗，其技術特征是它是由具有權利要求2或權利要求1中技術特征所描述的對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃正立使用時構成的。
全文摘要
本發明涉及一種對陽光有選擇性分光功能的復合玻璃及應用。它是根據入射角度對陽光光線選擇分光的，能較準確區分冬天陽光及夏天日照并選擇其去留，其中一種將不需要的陽光大部分反射回天空，用在房屋向陽面玻璃幕墻、玻璃窗等地方，冬季、夏季都能有效工作，有節能和環保效果，夏天限制陽光光線進入功能突出。其技術特征是兩層單階梯透光面玻璃板復合在一起，其階梯面相對，透光階梯凸凹相扣，中間有中空層，階梯面上透光階梯寬面與玻璃板平面夾角小于30°；其寬面與窄面間是直角，窄面與窄面間有光學薄膜；分別構成平面、鋸齒面玻璃幕或玻璃窗，其中一種可水平旋轉180°后使用；構成房屋陽面玻璃幕墻，幕后有阻氣流隔斷；構成汽車側窗等。
文檔編號E04C2/54GK1458363SQ0312506
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月5日 優先權日2003年5月5日
發明者崔建偉 申請人:崔建偉