专利名称：给予近红外线反射性能的方法及高速铁路车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及给予近红外线反射性能的方法及高速铁路车辆。
背景技术：
近年来，为了抑制地球暖化而减少CO2排出量成为产业界的重要课题，为了解决这个课题，研究了各种方法。在铁路车辆领域，通过减少车辆行驶所必需的能量来抑制电力消耗，由此可以减少CO2排出量。对于这种电力消耗的抑制进行了研究。
高速铁路车辆的电力消耗，除了作为车辆行驶的能量而消耗的电力之外，还有用于车辆内的空调而消耗的电力。尤其在夏季酷暑时，铁路车辆内的冷气在电力消耗中占据较大的比例。因此，如果能够减少源自冷气的电力消耗，便可在电力消耗的抑制中获得良好的效果，对减少CO2排出量具有良好的效果。
另一方面，在建材涂装和汽车涂装领域，可形成被称为隔热涂料的热反射效率良好的涂膜(例如参照专利文献1、2等)。特别是在形成深色系的涂膜的情况下，其用来抑制烈日下的温度上升。但是，在房屋及汽车中，由于窗等开口部的面积宽广，因而对由阳光直射导致的温度上升的影响较大，且通过形成隔热涂膜而获得的效果是有限的，得不到可抑制制冷时所使用的电力的程度的效果。尤其是淡色系的涂膜的效果极小，对于这种涂膜的研究进行得还不充分。
日本特开平5-293434号公报[专利文献2]日本特开2000-279881号公报发明内容鉴于上述现状，本发明的目的是提供大幅度地减少制冷所需要的使用电力、对减少CO2大为有效的给予近红外线反射性能的方法及高速铁路车辆。
本发明涉及给予近红外线反射性能的方法，其是给予高速铁路车辆的表面近红外线反射性能的方法，其特征在于，在表面形成具有近红外线反射性能的涂膜，上述涂膜不改变色调地使780nm～2100nm波长范围的日照反射率增大9％或9％以上。
在上述方法中，涂膜是在高速铁路车辆的盖顶部及2个侧面部上形成的，相对于上述盖顶部及2个侧面部的总面积，上述侧面部上具有的多个开口部的总面积占小于等于12％的比例，上述高速铁路优选平均行驶速度为大于等于100千米/小时。上述高速铁路车辆的涂膜的色彩优选为白色系。
本发明也涉及减少高速铁路车辆的车内温度上升的方法，其是给予高速铁路车辆的表面近红外线反射性能的方法，其特征在于，在表面形成具有近红外线反射性能的涂膜，上述涂膜不改变色调地使780nm～2100nm波长范围的日照反射率增大9％或9％以上。
在上述方法中，涂膜是在高速铁路车辆的盖顶部及2个侧面部上形成的，相对于上述盖顶部及2个侧面部的总面积，在上述侧面部具有的多个开口部的总面积占小于等于12％的比例，上述高速铁路优选平均行驶速度为大于等于100千米/小时。上述高速铁路车辆的涂膜的色彩优选为白色系。
本发明也涉及高速铁路车辆，其具有通过上述任何一种方法而给予近红外线反射性能的涂膜。
本发明也涉及高速铁路车辆，其是形成有白色系涂膜的高速铁路车辆，其特征在于，上述白色系涂膜在780nm～2100nm波长范围的日照反射率为大于等于84％。
上述白色系涂膜在高速铁路车辆的盖顶部及2个侧面部的至少之一上形成，相对于上述盖顶部及2个侧面部的总面积，上述侧面部上具有的多个开口部的总面积占小于等于12％的比例，上述高速铁路的平均行驶速度优选为大于等于100千米/小时。
本发明的高速铁路车辆，在具有近红外线反射性能的涂膜上，也可进一步具有含硅酸酯化合物的涂料组合物形成的低污染性涂膜。
以下，详细说明本发明。
本发明涉及的给予近红外线反射性能的方法，其是对在高速铁路车辆的表面上形成的车体涂膜给予近红外线反射性能的方法，其特征在于，不改变色调地使在780nm～2100nm波长范围的上述车体涂膜的日照反射率增大9％或9％以上。由本发明的方法而形成涂膜的车辆，可以通过具有隔热性来减少高速铁路车辆的车内温度上升，由此可减少制冷所需要的使用电力。
至此，尤其对于施以深色系涂装的汽车及建材，形成隔热涂膜而获得的隔热效果是已知的，但是在高速铁路车辆中，通过不改变色调地使在780nm～2100nm的波长范围的上述车体涂膜的日照反射率增大9％或9％以上，来获得如此之高的改善制冷效率的效果是出乎意料的事实。这种效果是在以前的汽车及建材领域所未知的。进而，即使在白色系等淡色系的车辆中也获得如此优越的制冷效率的改善效果，这与以前的汽车及建材中的知识大相径庭。推测这与高速铁路车辆特有的问题相关，这些问题为窗面积小，形成涂膜的部分的面积在车辆总表面中占有的比例大；由于车辆内的体积大，因而冷气的负荷大等。
在本发明中，通过在高速铁路车辆的表面上形成具有近红外线反射性能的涂膜，来给予车辆表面近红外线反射性能。进而，这种涂膜的特征在于，不改变色调地使780nm～2100nm波长范围的热线反射率增大9％或9％以上。
物体的色彩及光泽等大体由外层涂膜决定。而且，由于色彩是用视觉认识的，因而由可视光线范围的波长(380nm～780nm)中源自物体表面的光的反射光谱决定。即，可视光线范围的反射率与色彩密切相关。因此，只要不改变外层涂膜的颜色，就难以改变外层涂膜的可视光线范围中太阳热吸收量或反射率。
然而，外层涂膜的可视光线范围以外即近红外线范围(780nm～2100nm)的吸收光谱是对色彩虽无影响但对温度上升有很大影响的波长范围。因此，通过提高该范围中的反射率，就可以将物体表面的色彩着色成所希望的色彩，并使源自其表面的太阳热反射性提高。因此，在获得本发明的效果上，780nm～2100nm波长范围的红外线反射率变得重要。
另外，“日照反射率”的用语的意义记载于JIS A 5759中，在那是指350nm～2100nm的波长范围；而本说明书中的“日照反射率”是指由太阳光的780nm～2100nm波长范围的各波长的强度而赋予百分比的反射率。
本发明涉及一种方法，其通过给予车体涂膜近红外线反射性能，并通过反射会使车内温度上升的780nm～2100nm波长范围的近红外线，来使高速铁路车辆吸收的热量减少，从而防止车内的温度上升。此时，与以往的涂膜相比，不改变色调地使780nm～2100nm的波长范围的热线反射率增大9％或9％以上。
在此，使日照反射率增大9％或9％以上是指与以往使用的涂料组合物相比时的日照反射率增大9％或9％以上。而且，也包含如下情况通过在具有以往涂膜的高速铁路车辆上形成满足上述条件的涂膜，来使日照反射率增大9％或9％以上。
具有这样的近红外线反射性能的涂膜，例如可以通过如专利文献1及专利文献2所记载的方法来形成。例如，可以通过形成含2质量％～70质量％颜料的涂膜的方法等来形成，其中，所述颜料在800nm～2100nm波长范围的太阳热反射率(RE/NIR)为大于等于20％。因此，通过将以往涂料中所使用的颜料变换成在800nm～2100nm波长范围的太阳热反射率(RE/NIR)为大于等于20％的颜料，与以往涂料相比，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过涂抹涂料组合物而进行。作为上述涂料组合物，只要可以形成在780nm～2100nm波长范围的日照反射率为如上所述范围的涂膜，就没有特别的限定，还可以使用除含着色颜料之外，还含有树脂、固化剂、溶剂、增稠剂、分散剂、填充颜料、防锈颜料等在通常的涂料组合物中所使用的成分的涂料组合物。
上述涂膜优选在高速铁路车辆的盖顶部及2个侧面部上形成。高速铁路车辆的涂装主要在这些部分上进行涂装，因而优选其全部制成满足上述性质的涂膜。
进而，本发明的给予近红外线反射性能的方法对于如下高速铁路车辆尤为很好地适用，所述高速铁路车辆中，相对于上述盖顶部及2个侧面部的总面积，上述侧面部上具有的多个开口部的总面积占小于等于12％的比例，并且平均行驶速度为100千米/小时。平均行驶速度为100千米/小时的高速铁路车辆是以高速行驶的，并且具有隧道区间少，因而行驶中日照强烈的特点，由此基于上述方法的近红外线反射性能的提高对于降低车内温度上升带来特别大的影响。进而，相对于上述盖顶部及2个侧面部的总面积，侧面部具有的多个开口部的总面积占小于等于12％的铁路车辆，由于开口部面积的比例小，因而通过开口部进入的热占的比例也小；由于通过车体进入的热所占比例大，因而本发明的效果显得尤为显著。
上述开口部是指车体内来自外部的自然光能够容易透过的部位，除了穿透孔之外，还指由玻璃、透明塑料等形成的窗部等。尤其是平均行驶速度为大于等于100千米/小时的高速铁路车辆，窗部少的情况很多，因而大多都满足上述开口部总面积所占的比例。
作为本发明中在高速铁路车辆的表面上形成的涂膜，可例举出780nm～2100nm波长范围的日照反射率为大于等于84％的白色系的涂膜、780nm～2100nm的波长范围的日照反射率为大于等于20％的蓝色系的涂膜、780nm～2100nm的波长范围的日照反射率为大于等于30％的红色系的涂膜、780nm～2100nm的波长范围的日照反射率为大于等于20％的绿色系的涂膜、780nm～2100nm的波长范围的日照反射率为大于等于40％的黄色系的涂膜和780nm～2100nm的波长范围的日照反射率为大于等于8％的黑色系的涂膜等。如果使用这些范围的物质，则与以往的涂料相比，可以不改变色调，并使780nm～2100nm波长范围的日照反射率增大9％或9％以上。
本发明的给予近红外线反射性能的方法，即使对于具有白色系的涂膜的高速铁路车辆适用的场合，也发挥优越的效果，这也是特征之一。白色系是指白色及淡彩色。通常，高速铁路用的车辆的调制是混合基色涂料而得到目的涂色，但在此，淡彩色是指通过在白基色中添加少量的着色基色而得到的色彩。而且，蓝色系、红色系、绿色系、黄色系及黑色系是指在各自的基色(蓝色基色、红色基色、绿色基色、黑色基色)中少量添加白基色而得到的色彩(称为深彩色)或者大体等量地添加白基色而得到的色彩(称为中彩色)。
具有上述白色系的涂膜的高速铁路车辆优选在780nm～2100nm波长范围的日照反射率为大于等于84％。通过上述日照反射率为大于等于84％，而能维持白色使制冷效率提高，所以是优选的。另外，在此具有白色系的涂膜的高速铁路车辆不仅是指车辆整体具有白色系涂膜的车辆，也可以是在高速铁路车辆的一部分具有白色系以外的涂膜的车辆。
可以通过对新造的高速铁路车辆形成涂膜进行本发明，也可以通过在已有的车辆的涂膜上再重新形成涂膜而进行本发明。即，也可以在具有近红外线反射性能低的涂膜的具有以往涂膜的高速铁路车辆的表面上形成具有上述近红外线反射性能的涂膜。即使通过这样的方法，近红外线反射性能也可以显著地被改善，可以通过极简便的方法改善现有车辆制冷效率。
本发明也涉及具有上述涂膜的高速铁路车辆。作为高速铁路车辆，没有特别的限定，可以适用于由钢制、不锈钢制、铝制等通常的原材料构成的高速铁道车辆。
本发明的高速铁路车辆也可以进一步具有由含有硅酸酯化合物的涂料组合物形成的低污染性涂膜。即，对于由含有硅酸酯化合物的涂料组合物形成的由涂料组合物形成的涂膜，通过在涂膜表面形成硅酸酯化合物的层，而使表面具有极高亲水性。因此，因降雨等被水淋湿时，附着在表面的污垢被冲洗，而具有高的耐污染性能。
本发明通过形成近红外线反射性能高的涂膜而减少车辆内的温度上升，但如果污染物质附着在涂膜表面，则由该污染物质产生近红外线的吸收，恐怕目的效果会随时间劣化。具有上述低污染性涂膜的高速铁路车辆，在改善这样的问题且经过长期也可发挥优越的近红外线反射性能方面是优选的。
上述硅酸酯化合物没有特别的限定，可以例举出四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、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、四异戊氧基硅烷、四新戊氧基硅烷等；这些物质的1种或者2种或2种以上的缩合物等。其中尤为优选甲基硅酸酯和/或其缩合物，或者乙基硅酸酯和/或其缩合物，最优选甲基硅酸酯的缩合物。
上述甲基硅酸酯的缩合物，可例举出“MKC硅酸酯MS51”、“MKC硅酸酯MS56”、“MKC硅酸酯MS60”(均为商品名，三菱化学社制)等市售品。上述乙基硅酸酯的缩合物，可以例举出“乙基硅酸酯28”、“乙基硅酸酯40”、“乙基硅酸酯48”(均为商品名，COLCOAT社制)等市售品。
含有上述硅酸酯化合物的涂料组合物，可以仅由硅酸酯化合物构成，也可以根据需要含有添加剂。上述添加剂可以使用表面处理剂、消泡剂、固化促进剂等。
含有上述硅酸酯化合物的涂料组合物，可以在高速铁路车辆的整个表面涂抹，也可以只在一部分上涂抹。优选至少在盖顶部涂抹。由于高速铁路车辆定期由清扫机清扫，因而可以在某种程度上防止表面的污染。但是，与侧面部相比，对盖顶部难以高效地进行清扫机清洁。因此，优选通过在盖顶部涂抹含有上述硅酸酯化合物的涂料组合物而形成具有耐污染性能的涂膜。
本发明的给予近红外线反射性能的方法，通过减少高速铁路车辆中制冷所使用的能量，而大大有助于减少CO2排出量。
图1是表示实施例中形成的涂膜的近红外线反射性能的图。
图2是表示实施例中车内温度变化的图。
具体实施例方式
以下，通过列举实施例来更详细地说明本发明，但本发明不只限于这些实施例。而且，在实施例中，只要没有特殊说明，“部”及“％”就是指“质量份”及“质量％”。
(实施例1、2及比较例)在作为实际上以平均行驶速度为大于等于100千米/小时来行驶的高速铁路车辆使用并已成废车的车辆表面上形成具有近红外线反射性能的涂膜，将该车辆置于阳光中、室外，每隔一小时测定室内的温度变化。测定是在一天的最高温度达到31℃的9月上旬的晴天中进行的，从9点～16点为止经过7个小时，进行温度变化的测定。
实施例是对如下3种情况进行试验，测定各自的温度变化。所述3种情况为盖顶部及2个侧面部的全部面积都形成具有近红外线反射性能的涂膜的情况(实施例1)；只在盖顶部形成具有近红外线反射性能的涂膜而2个侧面部为普通涂装的原样的情况(实施例2)；以往使用的普通涂装的原样的情况(比较例)。
此外，通过该试验形成的涂膜为白色，具有如图1所示的近红外线反射率。该色相与以往的高速铁路车辆的色相无实质的差异。由图1的结果算出780nm～2100nm范围的日照反射率为84％。而且，试验所用的车辆，相对于上述盖顶部及2个侧面部的总面积，上述侧面部具有的多个开口部的总面积占12％的比例。
结果如图2所示。由图2可知，适用本发明的给予近红外线反射性能的方法的高速铁路车辆，其室内温度显著降低。在白天最高温度的时间即14点时，其温度降低幅度为约3度。由该结果可知，可以大幅度地减少车内空调所需要的能量消耗量。
通过以下的计算推测上述温度降低带来的使用能量的减少比例。高速铁路车辆的冷气负荷以如下负荷的合计表示基于车体传热的负荷、基于日照的负荷、基于换气-缝隙透风的负荷、基于室内装置发热的负荷及基于乘客发热的负荷。通过本发明降低的是上述负荷中基于车体传热的负荷。在高速铁路车辆中的全部冷气负荷中，上述基于车体传热的负荷约占19％。
车体负荷Q1用下式表示。
Q1＝K·A·Δ1K车体的热通过率(kcal/m2·h·℃)A车体的表面积(m2)Δ1车内外干球温度差(℃)通过本发明给予近红外线反射性能的高速铁路车辆，由上述实验结果清楚地观察到，车辆中的温度从约39℃降低到约36℃，温度降低约3℃。对冷气而言，要使室内温度达到26℃，而由于温度差使温度从约39℃降低至约36℃，所以作为冷气负荷，从13℃降低到10℃，Δ1减少约20％，由此，Q1也减少20％。由以上结果可知，在上述实施例1、2中，大幅度地减少了冷气所使用的能量的量。
工业上的可应用性本发明的给予近红外线反射性能的方法及高速铁路车辆，能够大幅度地减少使用能量的量。
权利要求
1.一种给予近红外线反射性能的方法，其是给予高速铁路车辆的表面近红外线反射性能的方法，其特征在于，在表面形成具有近红外线反射性能的涂膜，所述涂膜不改变色调地使780nm～2100nm的波长范围的日照反射率增大9％或9％以上。
2.如权利要求1所述的方法，其中，涂膜是在高速铁路车辆的盖顶部和2个侧面部形成的，相对于所述盖顶部和2个侧面部的总面积，在所述侧面部上具有的多个开口部的总面积占小于等于12％的比例，所述高速铁路的平均行驶速度为大于等于100千米/小时。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，车体涂膜的色彩为白色系。
4.减少高速铁路车辆的车内温度上升的方法，其是给予高速铁路车辆的表面近红外线反射性能的方法，其特征在于，在表面形成具有近红外线反射性能的涂膜，所述涂膜不改变色调地使780nm～2100nm的波长范围的日照反射率增大9％或9％以上。
5.如权利要求4所述的方法，其中，涂膜是在高速铁路车辆的盖顶部和2个侧面部形成的，相对于所述盖顶部及2个侧面部的总面积，在所述侧面部上具有的多个开口部的总面积占小于等于12％的比例，所述高速铁路的平均行驶速度为大于等于100千米/小时。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，车体涂膜的色彩为白色系。
7.高速铁路车辆，其具有通过权利要求1、2或3任何一种方法而给予了近红外线反射性能的涂膜。
8.高速铁路车辆，其是形成有白色系涂膜的高速铁路车辆，其特征在于，所述白色系涂膜在780nm～2100nm的波长范围的日照反射率为大于等于84％。
9.如权利要求8所述的高速铁路车辆，其中，白色系涂膜在高速铁路车辆的盖顶部和2个侧面部的至少一方上形成，相对于所述盖顶部和2个侧面部的总面积，在所述侧面部上具有的多个开口部的总面积占小于等于12％的比例，所述高速铁路的平均行驶速度为大于等于100千米/小时。
10.如权利要求7、8或9所述的高速铁路车辆，其中，在具有近红外线反射性能的涂膜上，进一步具有含硅酸酯化合物的涂料组合物形成的低污染性涂膜。
全文摘要
本发明提供给予近红外线反射性能的方法及高速铁路车辆，所述方法大幅度地减少冷气设备所需要的使用电力，对减少CO
文档编号B05D7/14GK1815272SQ200610003330
公开日2006年8月9日 申请日期2006年2月5日 优先权日2005年2月1日
发明者大西克明, 冈村正和, 大仓辉之, 高井律雄, 楠野泰三 申请人:日本油漆株式会社, 东海旅客铁道株式会社