專利名稱：給予近紅外線反射性能的方法及高速鐵路車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及給予近紅外線反射性能的方法及高速鐵路車輛。
背景技術(shù)：
近年來，為了抑制地球暖化而減少CO2排出量成為產(chǎn)業(yè)界的重要課題，為了解決這個課題，研究了各種方法。在鐵路車輛領(lǐng)域，通過減少車輛行駛所必需的能量來抑制電力消耗，由此可以減少CO2排出量。對于這種電力消耗的抑制進行了研究。
高速鐵路車輛的電力消耗，除了作為車輛行駛的能量而消耗的電力之外，還有用于車輛內(nèi)的空調(diào)而消耗的電力。尤其在夏季酷暑時，鐵路車輛內(nèi)的冷氣在電力消耗中占據(jù)較大的比例。因此，如果能夠減少源自冷氣的電力消耗，便可在電力消耗的抑制中獲得良好的效果，對減少CO2排出量具有良好的效果。
另一方面，在建材涂裝和汽車涂裝領(lǐng)域，可形成被稱為隔熱涂料的熱反射效率良好的涂膜(例如參照專利文獻1、2等)。特別是在形成深色系的涂膜的情況下，其用來抑制烈日下的溫度上升。但是，在房屋及汽車中，由于窗等開口部的面積寬廣，因而對由陽光直射導(dǎo)致的溫度上升的影響較大，且通過形成隔熱涂膜而獲得的效果是有限的，得不到可抑制制冷時所使用的電力的程度的效果。尤其是淡色系的涂膜的效果極小，對于這種涂膜的研究進行得還不充分。
日本特開平5-293434號公報[專利文獻2]日本特開2000-279881號公報發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供大幅度地減少制冷所需要的使用電力、對減少CO2大為有效的給予近紅外線反射性能的方法及高速鐵路車輛。
本發(fā)明涉及給予近紅外線反射性能的方法，其是給予高速鐵路車輛的表面近紅外線反射性能的方法，其特征在于，在表面形成具有近紅外線反射性能的涂膜，上述涂膜不改變色調(diào)地使780nm～2100nm波長范圍的日照反射率增大9％或9％以上。
在上述方法中，涂膜是在高速鐵路車輛的蓋頂部及2個側(cè)面部上形成的，相對于上述蓋頂部及2個側(cè)面部的總面積，上述側(cè)面部上具有的多個開口部的總面積占小于等于12％的比例，上述高速鐵路優(yōu)選平均行駛速度為大于等于100千米/小時。上述高速鐵路車輛的涂膜的色彩優(yōu)選為白色系。
本發(fā)明也涉及減少高速鐵路車輛的車內(nèi)溫度上升的方法，其是給予高速鐵路車輛的表面近紅外線反射性能的方法，其特征在于，在表面形成具有近紅外線反射性能的涂膜，上述涂膜不改變色調(diào)地使780nm～2100nm波長范圍的日照反射率增大9％或9％以上。
在上述方法中，涂膜是在高速鐵路車輛的蓋頂部及2個側(cè)面部上形成的，相對于上述蓋頂部及2個側(cè)面部的總面積，在上述側(cè)面部具有的多個開口部的總面積占小于等于12％的比例，上述高速鐵路優(yōu)選平均行駛速度為大于等于100千米/小時。上述高速鐵路車輛的涂膜的色彩優(yōu)選為白色系。
本發(fā)明也涉及高速鐵路車輛，其具有通過上述任何一種方法而給予近紅外線反射性能的涂膜。
本發(fā)明也涉及高速鐵路車輛，其是形成有白色系涂膜的高速鐵路車輛，其特征在于，上述白色系涂膜在780nm～2100nm波長范圍的日照反射率為大于等于84％。
上述白色系涂膜在高速鐵路車輛的蓋頂部及2個側(cè)面部的至少之一上形成，相對于上述蓋頂部及2個側(cè)面部的總面積，上述側(cè)面部上具有的多個開口部的總面積占小于等于12％的比例，上述高速鐵路的平均行駛速度優(yōu)選為大于等于100千米/小時。
本發(fā)明的高速鐵路車輛，在具有近紅外線反射性能的涂膜上，也可進一步具有含硅酸酯化合物的涂料組合物形成的低污染性涂膜。
以下，詳細說明本發(fā)明。
本發(fā)明涉及的給予近紅外線反射性能的方法，其是對在高速鐵路車輛的表面上形成的車體涂膜給予近紅外線反射性能的方法，其特征在于，不改變色調(diào)地使在780nm～2100nm波長范圍的上述車體涂膜的日照反射率增大9％或9％以上。由本發(fā)明的方法而形成涂膜的車輛，可以通過具有隔熱性來減少高速鐵路車輛的車內(nèi)溫度上升，由此可減少制冷所需要的使用電力。
至此，尤其對于施以深色系涂裝的汽車及建材，形成隔熱涂膜而獲得的隔熱效果是已知的，但是在高速鐵路車輛中，通過不改變色調(diào)地使在780nm～2100nm的波長范圍的上述車體涂膜的日照反射率增大9％或9％以上，來獲得如此之高的改善制冷效率的效果是出乎意料的事實。這種效果是在以前的汽車及建材領(lǐng)域所未知的。進而，即使在白色系等淡色系的車輛中也獲得如此優(yōu)越的制冷效率的改善效果，這與以前的汽車及建材中的知識大相徑庭。推測這與高速鐵路車輛特有的問題相關(guān)，這些問題為窗面積小，形成涂膜的部分的面積在車輛總表面中占有的比例大；由于車輛內(nèi)的體積大，因而冷氣的負荷大等。
在本發(fā)明中，通過在高速鐵路車輛的表面上形成具有近紅外線反射性能的涂膜，來給予車輛表面近紅外線反射性能。進而，這種涂膜的特征在于，不改變色調(diào)地使780nm～2100nm波長范圍的熱線反射率增大9％或9％以上。
物體的色彩及光澤等大體由外層涂膜決定。而且，由于色彩是用視覺認識的，因而由可視光線范圍的波長(380nm～780nm)中源自物體表面的光的反射光譜決定。即，可視光線范圍的反射率與色彩密切相關(guān)。因此，只要不改變外層涂膜的顏色，就難以改變外層涂膜的可視光線范圍中太陽熱吸收量或反射率。
然而，外層涂膜的可視光線范圍以外即近紅外線范圍(780nm～2100nm)的吸收光譜是對色彩雖無影響但對溫度上升有很大影響的波長范圍。因此，通過提高該范圍中的反射率，就可以將物體表面的色彩著色成所希望的色彩，并使源自其表面的太陽熱反射性提高。因此，在獲得本發(fā)明的效果上，780nm～2100nm波長范圍的紅外線反射率變得重要。
另外，“日照反射率”的用語的意義記載于JIS A 5759中，在那是指350nm～2100nm的波長范圍；而本說明書中的“日照反射率”是指由太陽光的780nm～2100nm波長范圍的各波長的強度而賦予百分比的反射率。
本發(fā)明涉及一種方法，其通過給予車體涂膜近紅外線反射性能，并通過反射會使車內(nèi)溫度上升的780nm～2100nm波長范圍的近紅外線，來使高速鐵路車輛吸收的熱量減少，從而防止車內(nèi)的溫度上升。此時，與以往的涂膜相比，不改變色調(diào)地使780nm～2100nm的波長范圍的熱線反射率增大9％或9％以上。
在此，使日照反射率增大9％或9％以上是指與以往使用的涂料組合物相比時的日照反射率增大9％或9％以上。而且，也包含如下情況通過在具有以往涂膜的高速鐵路車輛上形成滿足上述條件的涂膜，來使日照反射率增大9％或9％以上。
具有這樣的近紅外線反射性能的涂膜，例如可以通過如專利文獻1及專利文獻2所記載的方法來形成。例如，可以通過形成含2質(zhì)量％～70質(zhì)量％顏料的涂膜的方法等來形成，其中，所述顏料在800nm～2100nm波長范圍的太陽熱反射率(RE/NIR)為大于等于20％。因此，通過將以往涂料中所使用的顏料變換成在800nm～2100nm波長范圍的太陽熱反射率(RE/NIR)為大于等于20％的顏料，與以往涂料相比，就可以使在800nm～2100nm的日照反射率增大9％或9％以上。
上述涂膜的形成可以通過涂抹涂料組合物而進行。作為上述涂料組合物，只要可以形成在780nm～2100nm波長范圍的日照反射率為如上所述范圍的涂膜，就沒有特別的限定，還可以使用除含著色顏料之外，還含有樹脂、固化劑、溶劑、增稠劑、分散劑、填充顏料、防銹顏料等在通常的涂料組合物中所使用的成分的涂料組合物。
上述涂膜優(yōu)選在高速鐵路車輛的蓋頂部及2個側(cè)面部上形成。高速鐵路車輛的涂裝主要在這些部分上進行涂裝，因而優(yōu)選其全部制成滿足上述性質(zhì)的涂膜。
進而，本發(fā)明的給予近紅外線反射性能的方法對于如下高速鐵路車輛尤為很好地適用，所述高速鐵路車輛中，相對于上述蓋頂部及2個側(cè)面部的總面積，上述側(cè)面部上具有的多個開口部的總面積占小于等于12％的比例，并且平均行駛速度為100千米/小時。平均行駛速度為100千米/小時的高速鐵路車輛是以高速行駛的，并且具有隧道區(qū)間少，因而行駛中日照強烈的特點，由此基于上述方法的近紅外線反射性能的提高對于降低車內(nèi)溫度上升帶來特別大的影響。進而，相對于上述蓋頂部及2個側(cè)面部的總面積，側(cè)面部具有的多個開口部的總面積占小于等于12％的鐵路車輛，由于開口部面積的比例小，因而通過開口部進入的熱占的比例也??；由于通過車體進入的熱所占比例大，因而本發(fā)明的效果顯得尤為顯著。
上述開口部是指車體內(nèi)來自外部的自然光能夠容易透過的部位，除了穿透孔之外，還指由玻璃、透明塑料等形成的窗部等。尤其是平均行駛速度為大于等于100千米/小時的高速鐵路車輛，窗部少的情況很多，因而大多都滿足上述開口部總面積所占的比例。
作為本發(fā)明中在高速鐵路車輛的表面上形成的涂膜，可例舉出780nm～2100nm波長范圍的日照反射率為大于等于84％的白色系的涂膜、780nm～2100nm的波長范圍的日照反射率為大于等于20％的藍色系的涂膜、780nm～2100nm的波長范圍的日照反射率為大于等于30％的紅色系的涂膜、780nm～2100nm的波長范圍的日照反射率為大于等于20％的綠色系的涂膜、780nm～2100nm的波長范圍的日照反射率為大于等于40％的黃色系的涂膜和780nm～2100nm的波長范圍的日照反射率為大于等于8％的黑色系的涂膜等。如果使用這些范圍的物質(zhì)，則與以往的涂料相比，可以不改變色調(diào)，并使780nm～2100nm波長范圍的日照反射率增大9％或9％以上。
本發(fā)明的給予近紅外線反射性能的方法，即使對于具有白色系的涂膜的高速鐵路車輛適用的場合，也發(fā)揮優(yōu)越的效果，這也是特征之一。白色系是指白色及淡彩色。通常，高速鐵路用的車輛的調(diào)制是混合基色涂料而得到目的涂色，但在此，淡彩色是指通過在白基色中添加少量的著色基色而得到的色彩。而且，藍色系、紅色系、綠色系、黃色系及黑色系是指在各自的基色(藍色基色、紅色基色、綠色基色、黑色基色)中少量添加白基色而得到的色彩(稱為深彩色)或者大體等量地添加白基色而得到的色彩(稱為中彩色)。
具有上述白色系的涂膜的高速鐵路車輛優(yōu)選在780nm～2100nm波長范圍的日照反射率為大于等于84％。通過上述日照反射率為大于等于84％，而能維持白色使制冷效率提高，所以是優(yōu)選的。另外，在此具有白色系的涂膜的高速鐵路車輛不僅是指車輛整體具有白色系涂膜的車輛，也可以是在高速鐵路車輛的一部分具有白色系以外的涂膜的車輛。
可以通過對新造的高速鐵路車輛形成涂膜進行本發(fā)明，也可以通過在已有的車輛的涂膜上再重新形成涂膜而進行本發(fā)明。即，也可以在具有近紅外線反射性能低的涂膜的具有以往涂膜的高速鐵路車輛的表面上形成具有上述近紅外線反射性能的涂膜。即使通過這樣的方法，近紅外線反射性能也可以顯著地被改善，可以通過極簡便的方法改善現(xiàn)有車輛制冷效率。
本發(fā)明也涉及具有上述涂膜的高速鐵路車輛。作為高速鐵路車輛，沒有特別的限定，可以適用于由鋼制、不銹鋼制、鋁制等通常的原材料構(gòu)成的高速鐵道車輛。
本發(fā)明的高速鐵路車輛也可以進一步具有由含有硅酸酯化合物的涂料組合物形成的低污染性涂膜。即，對于由含有硅酸酯化合物的涂料組合物形成的由涂料組合物形成的涂膜，通過在涂膜表面形成硅酸酯化合物的層，而使表面具有極高親水性。因此，因降雨等被水淋濕時，附著在表面的污垢被沖洗，而具有高的耐污染性能。
本發(fā)明通過形成近紅外線反射性能高的涂膜而減少車輛內(nèi)的溫度上升，但如果污染物質(zhì)附著在涂膜表面，則由該污染物質(zhì)產(chǎn)生近紅外線的吸收，恐怕目的效果會隨時間劣化。具有上述低污染性涂膜的高速鐵路車輛，在改善這樣的問題且經(jīng)過長期也可發(fā)揮優(yōu)越的近紅外線反射性能方面是優(yōu)選的。
上述硅酸酯化合物沒有特別的限定，可以例舉出四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四異丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四仲丁氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷、四正戊氧基硅烷、四異戊氧基硅烷、四新戊氧基硅烷等；這些物質(zhì)的1種或者2種或2種以上的縮合物等。其中尤為優(yōu)選甲基硅酸酯和/或其縮合物，或者乙基硅酸酯和/或其縮合物，最優(yōu)選甲基硅酸酯的縮合物。
上述甲基硅酸酯的縮合物，可例舉出“MKC硅酸酯MS51”、“MKC硅酸酯MS56”、“MKC硅酸酯MS60”(均為商品名，三菱化學(xué)社制)等市售品。上述乙基硅酸酯的縮合物，可以例舉出“乙基硅酸酯28”、“乙基硅酸酯40”、“乙基硅酸酯48”(均為商品名，COLCOAT社制)等市售品。
含有上述硅酸酯化合物的涂料組合物，可以僅由硅酸酯化合物構(gòu)成，也可以根據(jù)需要含有添加劑。上述添加劑可以使用表面處理劑、消泡劑、固化促進劑等。
含有上述硅酸酯化合物的涂料組合物，可以在高速鐵路車輛的整個表面涂抹，也可以只在一部分上涂抹。優(yōu)選至少在蓋頂部涂抹。由于高速鐵路車輛定期由清掃機清掃，因而可以在某種程度上防止表面的污染。但是，與側(cè)面部相比，對蓋頂部難以高效地進行清掃機清潔。因此，優(yōu)選通過在蓋頂部涂抹含有上述硅酸酯化合物的涂料組合物而形成具有耐污染性能的涂膜。
本發(fā)明的給予近紅外線反射性能的方法，通過減少高速鐵路車輛中制冷所使用的能量，而大大有助于減少CO2排出量。


圖1是表示實施例中形成的涂膜的近紅外線反射性能的圖。
圖2是表示實施例中車內(nèi)溫度變化的圖。
具體實施例方式
以下，通過列舉實施例來更詳細地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不只限于這些實施例。而且，在實施例中，只要沒有特殊說明，“部”及“％”就是指“質(zhì)量份”及“質(zhì)量％”。
(實施例1、2及比較例)在作為實際上以平均行駛速度為大于等于100千米/小時來行駛的高速鐵路車輛使用并已成廢車的車輛表面上形成具有近紅外線反射性能的涂膜，將該車輛置于陽光中、室外，每隔一小時測定室內(nèi)的溫度變化。測定是在一天的最高溫度達到31℃的9月上旬的晴天中進行的，從9點～16點為止經(jīng)過7個小時，進行溫度變化的測定。
實施例是對如下3種情況進行試驗，測定各自的溫度變化。所述3種情況為蓋頂部及2個側(cè)面部的全部面積都形成具有近紅外線反射性能的涂膜的情況(實施例1)；只在蓋頂部形成具有近紅外線反射性能的涂膜而2個側(cè)面部為普通涂裝的原樣的情況(實施例2)；以往使用的普通涂裝的原樣的情況(比較例)。
此外，通過該試驗形成的涂膜為白色，具有如圖1所示的近紅外線反射率。該色相與以往的高速鐵路車輛的色相無實質(zhì)的差異。由圖1的結(jié)果算出780nm～2100nm范圍的日照反射率為84％。而且，試驗所用的車輛，相對于上述蓋頂部及2個側(cè)面部的總面積，上述側(cè)面部具有的多個開口部的總面積占12％的比例。
結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，適用本發(fā)明的給予近紅外線反射性能的方法的高速鐵路車輛，其室內(nèi)溫度顯著降低。在白天最高溫度的時間即14點時，其溫度降低幅度為約3度。由該結(jié)果可知，可以大幅度地減少車內(nèi)空調(diào)所需要的能量消耗量。
通過以下的計算推測上述溫度降低帶來的使用能量的減少比例。高速鐵路車輛的冷氣負荷以如下負荷的合計表示基于車體傳熱的負荷、基于日照的負荷、基于換氣-縫隙透風(fēng)的負荷、基于室內(nèi)裝置發(fā)熱的負荷及基于乘客發(fā)熱的負荷。通過本發(fā)明降低的是上述負荷中基于車體傳熱的負荷。在高速鐵路車輛中的全部冷氣負荷中，上述基于車體傳熱的負荷約占19％。
車體負荷Q1用下式表示。
Q1＝K·A·Δ1K車體的熱通過率(kcal/m2·h·℃)A車體的表面積(m2)Δ1車內(nèi)外干球溫度差(℃)通過本發(fā)明給予近紅外線反射性能的高速鐵路車輛，由上述實驗結(jié)果清楚地觀察到，車輛中的溫度從約39℃降低到約36℃，溫度降低約3℃。對冷氣而言，要使室內(nèi)溫度達到26℃，而由于溫度差使溫度從約39℃降低至約36℃，所以作為冷氣負荷，從13℃降低到10℃，Δ1減少約20％，由此，Q1也減少20％。由以上結(jié)果可知，在上述實施例1、2中，大幅度地減少了冷氣所使用的能量的量。
工業(yè)上的可應(yīng)用性本發(fā)明的給予近紅外線反射性能的方法及高速鐵路車輛，能夠大幅度地減少使用能量的量。
權(quán)利要求
1.一種給予近紅外線反射性能的方法，其是給予高速鐵路車輛的表面近紅外線反射性能的方法，其特征在于，在表面形成具有近紅外線反射性能的涂膜，所述涂膜不改變色調(diào)地使780nm～2100nm的波長范圍的日照反射率增大9％或9％以上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，涂膜是在高速鐵路車輛的蓋頂部和2個側(cè)面部形成的，相對于所述蓋頂部和2個側(cè)面部的總面積，在所述側(cè)面部上具有的多個開口部的總面積占小于等于12％的比例，所述高速鐵路的平均行駛速度為大于等于100千米/小時。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，車體涂膜的色彩為白色系。
4.減少高速鐵路車輛的車內(nèi)溫度上升的方法，其是給予高速鐵路車輛的表面近紅外線反射性能的方法，其特征在于，在表面形成具有近紅外線反射性能的涂膜，所述涂膜不改變色調(diào)地使780nm～2100nm的波長范圍的日照反射率增大9％或9％以上。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，涂膜是在高速鐵路車輛的蓋頂部和2個側(cè)面部形成的，相對于所述蓋頂部及2個側(cè)面部的總面積，在所述側(cè)面部上具有的多個開口部的總面積占小于等于12％的比例，所述高速鐵路的平均行駛速度為大于等于100千米/小時。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，車體涂膜的色彩為白色系。
7.高速鐵路車輛，其具有通過權(quán)利要求1、2或3任何一種方法而給予了近紅外線反射性能的涂膜。
8.高速鐵路車輛，其是形成有白色系涂膜的高速鐵路車輛，其特征在于，所述白色系涂膜在780nm～2100nm的波長范圍的日照反射率為大于等于84％。
9.如權(quán)利要求8所述的高速鐵路車輛，其中，白色系涂膜在高速鐵路車輛的蓋頂部和2個側(cè)面部的至少一方上形成，相對于所述蓋頂部和2個側(cè)面部的總面積，在所述側(cè)面部上具有的多個開口部的總面積占小于等于12％的比例，所述高速鐵路的平均行駛速度為大于等于100千米/小時。
10.如權(quán)利要求7、8或9所述的高速鐵路車輛，其中，在具有近紅外線反射性能的涂膜上，進一步具有含硅酸酯化合物的涂料組合物形成的低污染性涂膜。
全文摘要
本發(fā)明提供給予近紅外線反射性能的方法及高速鐵路車輛，所述方法大幅度地減少冷氣設(shè)備所需要的使用電力，對減少CO
文檔編號B05D7/14GK1815272SQ200610003330
公開日2006年8月9日 申請日期2006年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者大西克明, 岡村正和, 大倉輝之, 高井律雄, 楠野泰三 申請人:日本油漆株式會社, 東海旅客鐵道株式會社