JP2022151099A - 放射冷却式膜材 - Google Patents
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Abstract
Description
つまり、膜材の温度の上昇を抑制すれば、当該膜材にて囲まれた空間の温度上昇を抑制できるため、膜材の温度の上昇を極力抑制することが望まれる。
前記放射冷却層が、放射面から赤外光を放射する赤外放射層と、当該赤外放射層における前記放射面の存在側とは反対側に位置させる光反射層とを備える形態に構成され、
前記赤外放射層が、吸収した太陽光エネルギーよりも大きな熱輻射エネルギーを波長8μmから波長14μmの帯域で放つ厚みに調整された塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂からなる樹脂材料層であり、
前記光反射層が、銀又は銀合金を備え、
前記膜材の前記放射冷却層から離れる裏面部に、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂にて形成される膜材側樹脂層を備えている点にある。
なお、本明細書の記載において、単に光と称する場合、当該光の概念には紫外光(紫外線)、可視光、赤外光を含む。これらを電磁波としての光の波長で述べると、その波長が10nmから20000nm(0.01μmから20μmの電磁波)の電磁波を含む。
このように、放射冷却層は、放射冷却層へ照射される太陽光を反射し、また、放射冷却層への伝熱(例えば、大気からの伝熱や、放射冷却層が冷却する膜材からの伝熱)を赤外光として系外へ放射することができる。
また、塩化ビニル系樹脂に可塑剤を入れることにより、傷がついても80℃以上に加熱することで変形し表面傷を無くし平滑化することができ、つまりは傷を自己修復することができる。フッ素樹脂やシリコーンゴムにこの特性はない。軟質塩化ビニル系樹脂のこの特性によって綺麗な状態を長期間維持することができる。このことは長期にわたる放射冷却性能の維持につながる。
また、塩化ビニル系樹脂は、難燃性であり且つ生分解され難いものであるから、屋外で使用する放射冷却装置の樹脂材料層を形成する樹脂材料として好適である。
本発明で用いられる塩化ビニル系樹脂とは、塩化ビニルあるいは塩化ビニリデンの単独重合体及び塩化ビニルあるいは塩化ビニリデンの共重合体であり、その製造方法は、従来公知の重合方法で行われる。
ちなみに、熱容着としては、高周波溶着、熱風溶着、熱間溶着等を適用できる。
ちなみに、膜材の外面は、一般的に、鏡面では無く、凹凸が存在する状態に形成されることになるが、接着剤又は粘着剤の接続層にて放射冷却層を膜材の外面に接続させるものであるから、光反射層に対して膜材の外面の凹凸が反映されるのを抑制して、光反射層を平坦な状態に維持することができる。
波長0.4μmから0.5μmの光吸収率の波長平均が13%以下であり、波長0.5μmから波長0.8μmの光吸収率の波長平均が4%以下であり、波長0.8μmから波長1.5μmまでの光吸収率の波長平均が1%以内であり、1.5μmから2.5μmまでの光吸収率の波長平均が40%以下となる光吸収特性を備え、且つ、
8μmから14μmの輻射率の波長平均が40%以上となる熱輻射特性を備える状態の厚みに調整されている点にある。
このような光吸収率が分布する場合、太陽光の光吸収率は10%以下となり、エネルギーで言うと100W以下となる。
上述の如く、光反射層での太陽光吸収は50W/m2以下であることが好ましい。
したがって、樹脂材料層と光反射層における太陽光吸収の和が150W/m2以下であり、大気の状態がよければ冷却が進む。樹脂材料層は、以上のように太陽光スペクトルのピーク値付近の吸収率が小さなものを用いるのが良い。
すなわち、光反射層で吸収される50W/m2程度の太陽光の熱輻射を樹脂材料層から宇宙に放出させるには、それ以上の熱輻射を樹脂材料層が出す必要がある。
例えば、外気温が30℃のとき、波長8μmから14μmの大気の窓の熱輻射の最大は200W/m2である(輻射率1として計算)。この値が得られるのは、高山など、空気の薄いよく乾燥した環境の快晴時である。低地などでは大気の厚みが高山よりも厚くなるので、大気の窓の波長帯域は狭くなり、透過率は低下する。ちなみに、このことを「大気の窓が狭くなる」と呼ぶ。
また、日本ではよくあることであるが、空に靄があるときや、スモッグが存在する場合、大気の窓はさらに狭くなり、宇宙への放射は125W/m2程度となる。
したがって、樹脂材料層の厚みを、上述した光学的規定の範囲になるように調整することにより、太陽光の光吸収による入熱よりも大気の窓における出熱の方が大きくなり、昼間の日射環境下でも屋外で放射冷却できるようになる。
つまり、樹脂材料層が塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂にて形成される場合には、樹脂材料層の厚みが、100μm以下で10μm以上であることが好ましい。
光反射層が、波長0.4μmから0.5μmにかけて90%以上の反射率を示し、波長0.5μmより長波の反射率が96%以上である反射特性を備えると、光反射層が太陽光エネルギーを5%程度以下しか吸収しなくなる。
尚、本明細書では、太陽光について、断りのない場合、スペクトルはAM1.5Gの規格とする。
そして、銀または銀合金のみで前述の反射率特性を持たせた状態で太陽光を反射する場合、厚さが50nm以上必要である。
つまり、高価な銀または銀合金を薄くして、光反射層の低廉化を図るようにしながらも、光反射層を、銀または銀合金とアルミまたはアルミ合金との積層構造にすることにより、適切な反射率特性を持たせながらも、光反射層の低廉化を図ることができる。
前記可塑剤が、フタル酸エステル類、脂肪族二塩基酸エステル類及びリン酸エステル類からなる群より選択される1つ以上の化合物からなる点にある。
つまり、塩化ビニル系樹脂に混入する可塑剤が紫外線を吸収すると、可塑剤の加水分解が進む結果、塩化ビニル系樹脂が脱塩酸等を生じて着色(茶色)し、しかも、機械強度の低下を生じる虞があるが、可塑剤が太陽光に含まれている紫外線を吸収し難いものとなるため、可塑剤が混入された塩化ビニル系樹脂の耐候性を向上できるのである。
前記保護層が、厚さが300nm以上で、40μm以下のポリオレフィン系樹脂、又は、厚さが17μm以上で、40μm以下のポリエチレンテレフタラート樹脂である点にある。
保護層が、ポリオレフィン系樹脂にて厚さが300nm以上で、40μm以下の形態に形成される場合には、ポリオレフィン系樹脂は、波長0.295μmから0.4μmの紫外線の波長域の全域において紫外線の光吸収率が10%以下である合成樹脂であるから、保護層が紫外線の吸収により劣化し難いものとなる。
つまり、のり層を備えながらも、放射冷却作用を適切に発揮させることができる。
〔放射冷却式膜材の基本構成〕
図1に示すように、放射冷却式膜材Wは、膜材Eの外面にフィルム状の放射冷却層CPが装着されて、放射冷却層CPの放射冷却作用により、膜材Eが冷却されるように構成されている。尚、図1には、放射冷却層CPが、接着剤又は粘着剤の接続層Sにて膜材Eの外面に接続されている。
つまり、放射冷却層CPが、放射冷却フィルムとして構成されている。
太陽光スペクトルは、波長300nmから4000nmにかけて存在し、波長400nmから大きくなるにつれ強度が大きくなり、特に波長500nmから波長1800nmにかけての強度が大きい。
また、樹脂材料層J、保護層D及び光反射層Bが柔軟性を備えることによって、放射冷却層CP(放射冷却フィルム)が柔軟性を備えるように構成されている。
つまり、膜材Eが、膜材本体Ehと膜材側樹脂層Ejとを積層した形態に形成されている。
膜材本体Ehとしては、綿、麻等の天然繊維の織物として形成したもの、無機繊維、合成繊維、特殊繊維の織物として形成したもの、スパンボンド、スパンレース、ニードルパンチ等の不織布として形成したものがある。尚、膜材本体Ehの厚みは、例えば、0.1mmから5mm程度である。
尚、無機繊維としては、金属繊維、ガラス繊維があり、合成繊維としては、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリアクリルニトリル系、ポリビニルアルコール系、ポリプロン系、ポリエチレン系があり、特殊繊維としては、アラミド繊維、炭素繊維、生分解性繊維がある。
樹脂材料層Jを形成する樹脂材料は、厚みによって光吸収率や輻射率(光放射率)が変化する。そのため、太陽光をできるだけ吸収せず、いわゆる大気の窓の波長帯域(波長8μmから波長14μmの帯域)において大きな熱輻射を発するように樹脂材料層Jの厚みを調整する必要がある。
このような吸収率分布の場合、太陽光の光吸収率は10%以下となり、エネルギーで言うと100W以下となる。
保護層D及び光反射層Bで吸収される50W/m2程度の太陽光の熱エネルギーを、樹脂材料層Jの熱輻射より樹脂材料層Jから宇宙に放出させるには、それ以上の熱輻射を樹脂材料層Jが出す必要がある。
例えば、外気温が30℃のとき、8μmから14μmの大気の窓の熱輻射の最大は200W/m2である(輻射率1として計算)。この値が得られるのは、高山など、空気の薄いよく乾燥した環境の快晴時である。低地などでは大気の厚みが高山よりも厚くなるので、大気の窓の波長帯域は狭くなり、透過率は低下する。ちなみに、このことを「大気の窓が狭くなる」と呼ぶ。
かかる事情を鑑みて、波長8μmから14μmの輻射率の波長平均は40%以上(大気の窓帯での熱輻射強度が50W/m2)ないと中緯度帯の低地で用いることができない。
本実施形態においては、樹脂材料層Jを形成する塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂の厚みが、100μm以下で10μm以上である。
キルヒホッフの法則により、輻射率(ε)と光吸収率(A)は等しい。光吸収率は吸収係数(α)からA=1-exp(-αt)の関係式(以下、光吸収率関係式と呼ぶ)で求めることができる。尚、tは膜厚である。
つまり、樹脂材料層Jの膜厚を調整すると、吸収係数の大きな波長帯域で大きな熱輻射が得られる。屋外で放射冷却する場合、大気の窓の波長帯域である波長8μmから14μmにおいて吸収係数の大きな材料を用いるとよい。
また、太陽光の吸収を抑制するために波長0.3μmから4μm、特に0.4μmから2.5μmの範囲で吸収係数を持たない、或いは小さな材料を用いるとよい。吸収係数と吸収率の関係式からわかるように、光吸収率(輻射率)は樹脂材料の膜厚によって変化する。
厚さ100μmの塩化ビニル樹脂の紫外から可視域の吸収率スペクトルを図2に示すが、波長0.38μmよりも短波長側で光吸収が大きくなる。
厚さ100μmの塩化ビニリデン樹脂の紫外から可視域の吸収率スペクトルを図2に示すが、波長0.4μmよりも短波長側で若干の吸収率スペクトルの増加がみられる。
炭素-塩素結合に関しては、C-Cl伸縮振動による吸収係数が波長12μmを中心に半値幅1μm以上の広帯域に現れる。
また、塩化ビニル樹脂の場合、塩素の電子吸引の影響で、主鎖に含まれるアルケンのC-Hの変角振動に由来する吸収係数が波長10μmあたりに現れる。塩化ビニリデン樹脂についても同様である。
これらの影響で、厚さ10μmの輻射率の波長平均は、波長8μmから14μmにおいて43%であり、波長平均40%以上という規定の中に入る。図示の通り、膜厚が厚くなると大気の窓領域における輻射率は増大する。
図4に示す如く、塩化ビニリデン樹脂は、塩化ビニル樹脂と同様であることが分かる。
理想的に太陽光を全く吸収しない樹脂材料層Jを光反射層Bの上に作製することを考える。この場合、太陽光は放射冷却層CPの光反射層Bでのみ吸収される。
樹脂材料の熱伝導率はおしなべて0.2W/m/K程度であり、この熱伝導性を考慮して計算すると、樹脂材料層Jの厚みが20mmを超えると、冷却面(光反射層Bにおける樹脂材料層Jの存在側とは反対側の面)の温度が上昇する。
つまり、放射冷却層CPの樹脂材料の厚みは20mm以下にする必要がある。
放射冷却層CPの実用の観点では、樹脂材料層Jの厚みは薄い方がよい。樹脂材料の熱伝導率は、金属やガラスなどよりも一般に低い。膜材Eを効果的に冷却するには、樹脂材料層Jの膜厚は必要最低限であるのがよい。樹脂材料層Jの膜厚を厚くするほどに大気の窓の熱輻射は大きくなり、ある膜厚を超えると大気の窓における熱輻射エネルギーは飽和する。
以上の観点から、炭素-塩素結合を含む樹脂である塩化ビニル樹脂及び塩化ビニリデン樹脂の場合、50μm以下の厚さにするとより効果的に日照下において放射冷却効果を出すことができる。
光反射層Bに上述の反射率特性を持たせるためには、放射面Hの存在側(樹脂材料層Jの存在側)の反射材料は銀または銀合金である必要がある。
図5に示す通り、銀をベースとして光反射層Bを構成すれば、光反射層Bに求められる反射率が得られる。
但し、光反射層Bに柔軟性を備えさせるためには、厚さを100μm以下にする必要がある。これ以上厚いと曲げにくくなる。
ちなみに、「銀合金」としては、銀に、銅、パラジウム、金、亜鉛、スズ、マグネシウム、ニッケル、チタンのいずれかを、例えば、0.4質量%から4.5質量%程度添加した合金を用いることができる。具体例としては、銀に銅とパラジウムを添加して作成した銀合金である「APC-TR(フルヤ金属製)」を用いることができる。
銀(銀合金)とアルミ(アルミ合金)の2層で構成する場合、銀の厚みは10nm以上必要であり、アルミの厚みは30nm以上必要である。
但し、光反射層Bに柔軟性を備えさせるためには、銀の厚さとアルミの厚さとの合計を100μm以下にする必要がある。これ以上厚いと曲げにくくなる。
保護層Dの詳細は、後述する。
放射冷却層CPは、樹脂材料層J及び保護層Dを形成する樹脂材料が柔軟であるから、光反射層Bを薄膜にすると、光反射層Bにも柔軟性を備えさせることができ、その結果、放射冷却層CPを、柔軟性を備えるフィルム(放射冷却フィルム)とすることができる。
接続層Sに用いる接着剤又は粘着剤としては、ウレタン系接着剤(粘着剤)、アクリル系接着剤(粘着剤)、EVA(エチレン酢酸ビニル)系接着剤(粘着剤)等がある。
したがって、膜材Eは、放射冷却層CPから離れる裏面部に、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂にて形成される膜材側樹脂層Ejを備えることに加えて、放射冷却層CPに近づく表面部に、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂にて形成される表面側樹脂層Ekを備える形態に構成されている。
つまり、膜材Eが、表面側樹脂層Ekと膜材本体Ehと膜材側樹脂層Ejとを積層した形態に形成されている。
膜材本体Ehと膜材側樹脂層Ejとを積層した形態に膜材Eを形成するには、膜材本体Ehに塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂を塗布して膜材側樹脂層Ejを形成する、あるいは、膜材本体Ehに、別途製作した塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂の膜を貼り付けて膜材側樹脂層Ejを形成する等の製作手順を用いることができる。
尚、別の作成方法として、樹脂材料層Jをフィルム状に形成して、当該フィルム状の樹脂材料層Jの上に、保護層D、銀層B2を順次塗布し、アルミ層B1を銀層B2に貼り付ける方法を採用することができる。
のり層Nにて使用する接着剤(粘着剤)は、例えば、ウレタン系接着剤(粘着剤)、アクリル系接着剤(粘着剤)、EVA(エチレン酢酸ビニル)系接着剤(粘着剤)等があり、太陽光に対して高い透明性を持つものが望ましい。
のり層Nにて使用する接着剤(粘着剤)は、例えば、ウレタン系接着剤(粘着剤)、アクリル系接着剤(粘着剤)、EVA(エチレン酢酸ビニル)系接着剤(粘着剤)等があり、太陽光に対して高い透明性を持つものが望ましい。
保護層Dは、厚さが300nm以上で、40μm以下のポリオレフィン系樹脂、又は、厚さが17μm以上で、40μm以下のポリエチレンテレフタラートである。
ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン及びポリプロピレンがある。
また、図10に、保護層Dを形成する合成樹脂として好適なポリエチレンの光透過率を示す。
例えば、保護層Dを形成する合成樹脂として優れている主成分がポリエチレンの樹脂は、図14に示すように、大気の窓における輻射率が小さいため、厚く形成しても放射冷却に寄与しない。それどころか、厚くすると放射冷却材料の断熱性を上げることになる。次に、厚くなると主鎖の振動に由来する近赤外域の吸収が増加し、太陽光吸収が増える効果が増加する。
これら要因により、保護層Dが厚いことは、放射冷却にとって不利である。このような観点から、ポリオレフィン系樹脂にて形成される保護層Dの厚さは、5μm以下であることが好ましく、さらには、1μmであることが一層好ましい。
保護層Dによる銀の着色のされ方の違いを検討するために、図11に示すような、赤外放射層Aとしての樹脂材料層Jを備えない保護層Dを露出させたサンプルを作製し、模擬太陽光が照射された後の銀の着色を調べた。
つまり、保護層Dとして、紫外線を吸収する一般的なアクリル系樹脂(例えば、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が混入するメタクリル酸メチル樹脂)とポリエチレンとの二種類を、バーコーターで、光反射層Bとして銀を備えるフィルム層F(基材に相当)上に塗布したサンプルを形成し、保護層Dとしての機能を検討した。塗布した保護層Dの厚みは、それぞれ10μmと1μmである。
尚、フィルム層F(基材に相当)は、PET(エチレンテレフタラート樹脂)等にてフィルム状に形成されたものである。
尚、図中の600hの線は、JIS規格5600-7-7の条件でキセノンウエザー試験(紫外光エネルギーは60W/m2)を600h(時間)行った後の反射率スペクトルである。また、0hの線は、キセノンウエザー試験を行う前の反射率スペクトルである。
尚、図中の600hの線は、JIS規格5600-7-7の条件でキセノンウエザー試験(紫外光エネルギーは60W/m2)を600h(時間)行った後の反射率スペクトルである。また、0hの線は、キセノンウエザー試験を行う前の反射率スペクトルである。
また、シリコーンも紫外線吸収の観点からは保護層Dを形成する材料に適用できるが、銀(銀合金)との密着性が極めて悪く、保護層Dを形成する材料としては用いることができない。
樹脂材料層Jを塩化ビニル系樹脂にて形成する場合には、可塑剤を塩化ビニル系樹脂に混入させて、柔軟性を向上させることが好ましい。
塩化ビニル系樹脂に混入する可塑剤としては、フタル酸エステル類、脂肪族二塩基酸エステル類、リン酸エステル類のいずれかである。
そして、可塑剤が、塩化ビニル系樹脂の100重量部に対して、1重量部以上で、200重量部以下の範囲で混入されている。尚、加工の観点で可塑剤の重量部は100重量部以下がのぞましい。
可塑剤のフタル酸エステルが、フタル酸と飽和脂肪族アルコール2分子とがエステル結合したものであるとよい。
可塑剤のリン酸エステルが、リン酸トリエステル、又は、芳香族リン酸エステルであるとよい。
フタル酸エステル類を列挙すると、次の通りである。
フタル酸ジメチル(DMP)、フタル酸ジエチル(DEP)、フタル酸ジブチル(DPP)、フタル酸ジ-2-エチルヘキシル(DOP)、フタル酸ジイソノニル(DINP)、フタル酸ジイソデシル(DIDP)、フタル酸ジウンデシル(DUP)、フタル酸ジトリデシル(DTDP)、テレフタル酸ビス(2-エチルヘキシル)(DOTP)、イソフタル酸ビス(2-エチルヘキシル)(DOIP)等。
脂肪族二塩基酸エステル類を列挙すると、次の通りである。
アジピン酸ジブチル(DBA)、アジピン酸ジイソブチル(DIBA)、アジピン酸ジ-2-エチルヘキシル(DOA)、アジピン酸ジイソノニル(DINA)、アジピン酸ジイソデシル(DIDA)、アゼライン酸ビス-2-エチルヘキシル(DOZ)、セバシン酸ジブチル(DBS)、セバシン酸ジ-2-エチルヘキシル(DOS)、セバシン酸ジイソノニル(DINS)、コハク酸ジエチル(DESU)等。
また、アジピン酸等の2塩基酸とジオール(二官能アルコール、あるいはグリコール)との共重合(ポリエステル化)によって合成された分子量400~4000の脂肪族ポリエステル。
リン酸トリエステルを列挙すると、次の通りである。
トリメチルホスフェート(TMP)、トリエチルホスフェート(TEP)、トリブチルホスフェート(TBP)、トリス(2エチルヘキシル)ホスフェート(TOP))。
芳香族リン酸エステルを列挙すると、次の通りである。
トリフェニルホスフェート(TPP)、トリクレシルホスフェート(TCP)、トリキシレニルホスフェート(TXP)、トレジルジフェニルホスフェート(CDP)、2-エチルヘキシルジフェニルホスフェート。
塩化ビニル樹脂用の可塑剤には、フタル酸エステル類、脂肪族二塩基酸エステル類、リン酸トリエステル類、芳香族リン酸エステル類、トリメリット酸エステル類、エポキシ化脂肪酸エステル類がある。これら可塑剤類から下記化合物を選定し、塩化ビニル100重量部に対し各種可塑剤を43重量部混ぜて、キセノンウエザー試験により評価した。
なお、塩化ビニル樹脂には、トリアジン系の紫外線吸収剤とヒンダードアミン系の光安定剤を塩化ビニル100重量部あたりそれぞれ0.5重量部ずつ混錬した。
脂肪族二塩基酸エステルの代表として、アジピン酸ジ-2-エチルヘキシル(DOA)、アジピン酸ブタンジオール共重合体(平均分子量1000程度)、アジピン酸ジイソノニル(DINA)。
リン酸トリエステルの代表として、トリブチルホスフェート(TBP)。
芳香族リン酸エステルの代表として、トリクレシルホスフェート(TCP)。
トリメリット酸エステルの代表として、トリメリット酸トリ-2-エチルヘキシル(TOTM)。
エポキシ化脂肪酸エステルの代表として、エポキシ化大豆油。
キセノンウエザー試験の条件は以下の通りである。
紫外線強度180W/m2(波長295-400nm)。
〈散水なし条件〉BPT89℃、湿度50%、1時間42分。
〈散水あり条件〉槽内温度38℃、湿度90%、18分。
上記実験の結果、トリメリット酸エステル(TOTM)、及び、エポキシ化脂肪酸エステル(エポキシ化大豆油)を可塑剤として用いると耐久性が著しく下がることが明らかとなった。なお、エポキシ化脂肪酸は1120時間で茶変し試験継続できなくなったので同図に載せていない。
尚、この理由については、後述の如く考察し、体系化する。
樹脂材料層Jを形成する塩化ビニル系樹脂には、難燃剤、安定剤、安定化助剤、充てん剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤が入っていてもよい。
図16に示すように、放射冷却層CPは、フィルム層F(基材に相当)の上部にアンカー層Gを備え、当該アンカー層Gの上部に、光反射層B、保護層D、赤外放射層Aを備える形態に構成してもよい。
尚、フィルム層F(基材に相当)は、例えば、PET(エチレンテレフタラート樹脂)等にてフィルム状に形成されたものである。
尚、フィルム層Fと光反射層Bとの密着を強める方法には、アンカー層Gを入れる以外の方法もある。例えば、フィルム層Fの製膜面にプラズマ照射して表面を荒らすと密着性は高まる。
膜材Eの外面に放射冷却層CPを装着する場合、接続層Sの厚さを、5μm以上で、100μm以下にすることが良い。
すなわち、膜材Eの外面(表面)は鏡面でないことが多い。鏡面とは異なる膜材Eの外面(材料表面)は、数μmレベル程度の傷や凹凸が無数に存在することが多い。
膜材Eの外面(材料表面)に存在するμmレベルの凹凸が、放射冷却層CPの光反射層B(銀層)に転写されると、反射率が下がることになる。
したがって、放射冷却層CPに外面(材料表面)に存在する凹凸が反映されないようにする構造を導入する必要があり、このために、放射冷却層CPを、5μmから100μm程度の厚みの接続層Sにて、膜材Eの外面に接合させるとよい。
光反射層B(銀層)が平坦になると、太陽光反射率の低下(換言すると太陽光吸収率の増大)を防げることになる。
但し、接続層Sの厚みが厚くなると断熱性が向上する。断熱性が向上すると放射冷却層CPの冷熱が断熱されるため、良くない。このような観点から不必要なほどに厚い接続層Sは不要であり、100μmの厚さがあれば十分である。
テント式倉庫1の上面部及び周囲の側面部を形成する帆布を製作するには、複数の放射冷却式膜材Wを接合して構成されることになる。
放射冷却式膜材Wの表面側には、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂からなる樹脂材料層J(赤外放射層A)が存在し、放射冷却式膜材Wの裏面側には、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂からなる膜材側樹脂層Ejが存在するから、図17に示す如く、複数の放射冷却式膜材Wを熱溶着により接合することになる。
ちなみに、熱容着としては、高周波溶着、熱風溶着、熱間溶着等を適用できる。
複数枚の放射冷却式膜材Wを接合して構成される帆布は、種々の用途に用いることができる。つまり、図18に示す、幌付きトラックにおける幌2を、複数枚の放射冷却式膜材Wを接合した帆布にて構成することや、図19に示す、トラックの荷台を覆う荷台シート3を、複数枚の放射冷却式膜材Wを接合した帆布にて構成することができる。
つまり、例えば、放射面Hに凸部Uが存在する状態に形成してもよい。
凹凸状の具体例としては、直方体状の凸部Uが並ぶラインアンドスペース構造(図22参照)、円錐柱の凸部Uを縦横に並べた構造(図23参照)、図示は省略するが、三角柱やピラミッド状の凸部Uがラインアンドペース状に並んだ構造、方形体状の凸部Uが縦横に並んだ構造、凸部Uをランダムに形成した構造等、各種の構成を採用できる。
ちなみに、放射面Hを凹凸状に形成する際の高低差は、100μm程度である。
図21に示すように、トラックは移動するため、日中トラックの下面は常に熱せられたアスファルトがある。熱せられたアスファルトなどからの熱の流入により、幌2の膜材Eを放射冷却層CPで覆っても、コンテナ8の内部温度が環境温度(外気温度)より上昇してしまう虞がある。
移動体の場合、移動中強い風を受ける。この風はアスファルトなどで温められたコンテナ内部の温度より低温であり、走行中の風による熱交換(対流)も考慮した設計を導入するのが望ましい。
第1点は、太陽光による入熱。
第2点は、熱せられたアスファルト由来の熱輻射(移動するので、常に熱々のアスファルトの真上にコンテナがある状態)。
この2点の影響により幌2の内部(内部空間)が環境温度(外気温度)より暑くなる虞がある。
つまり、本構造は、太陽光や熱せられた大気以外に熱源があり、放射冷却層CPを装着する膜材Eの温度が環境温度(外気温度)よりも上昇し、環境温度(外気温度)が冷熱として作用する際に導入するとよい。
尚、放射面Hに「散乱する」という機能を付与しても、光反射層Bの銀(銀合金)における光吸収は増大しないので、放射冷却を良好に行うことができる。
図24及び図25に示すように、赤外放射層Aを構成する樹脂材料層Jに、無機材料のフィラーQを混入させて、光散乱構成を備えさせるようにしてもよい。
また、図26及び図27に示すように、樹脂材料層Jと保護層Dを接続するのり層Nが、樹脂材料層Jと保護層Dとの間に設けられる場合には、無機材料のフィラーQをのり層Nに混入させて、光散乱構成を備えさせるようにしてもよい。
のり層に用いる接着剤又は粘着剤としては、ウレタン系、アクリル系、エチレン酢酸ビニル系等を好適に使用できる。
つまり、のり層Nにて使用する接着剤(粘着剤)は、例えば、ウレタン系接着剤(粘着剤)、アクリル系接着剤(粘着剤)、EVA(エチレン酢酸ビニル)系接着剤(粘着剤)等があり、太陽光に対して高い透明性を持つものが適用される。
ちなみに、のり層Nの厚さは、例えば、10μm程度である。
尚、フィラーFを、樹脂材料層J及びのり層Nの両者に混入させてもよい。
特に、光触媒活性がない200nm程度の酸化チタン(TiO2)を好適に使用することができる。
また、酸化チタン(TiO2)が、アルミナコート、シリカコート、ジルコニアコートの少なくとも一つがなされているようにしてもよい。このようにすることによって、フィラーを適切に光触媒活性がないようにすることができるため、樹脂材料層Jを劣化させることを抑制し易いものとなる。
樹脂材料層Jの裏面が凹凸状になる場合には、樹脂材料層Jと保護層Dとの間にのり層Nが位置するようにすることが望ましい。
つまり、樹脂材料層Jの裏面が凹凸状であっても、樹脂材料層Jと保護層Dとの間にのり層N(接合層)が位置するから、樹脂材料層Jと保護層Dとを適切に接合することができる。
尚、樹脂材料層Jの裏面が凹凸状になる場合において、例えば、プラズマ接合により、樹脂材料層Jと保護層Dとを直接的に接合するようにしてもよい。尚、プラズマ接合とは、樹脂材料層Jの接合面と保護層Dの接合面にプラズマの放射によりラジカルを形成し、そのラジカルにより接合する形態である。
ちなみに、保護層DにフィラーVを混入すると、保護層Dの光反射層Bに接する裏面が凹凸状になり、光反射層Bの表面を凹凸状に変形させる原因になるため、保護層DにフィラーVを混入することは避ける必要がある。つまり、光反射層Bの表面が凹凸状に変形すると、光反射を適正通り行えないものとなり、その結果、放射冷却を適正通り行えないものとなる。
図28における「光拡散層にAg層を直接形成」とは、フィラーVを混入させる或いは光反射層BであるAg層側にエンボス加工の凹凸がある赤外放射層A(樹脂材料層J)の表面に、銀(Ag)を蒸着等により成膜して光反射層Bを形成することを、意味するものである。
また、「鏡面Ag上に光拡散層」とは、光反射層BであるAg層の上面が鏡面状に形成され、当該Ag層の上部、保護層D、及び、フィラーVを混入させる或いはエンボス加工の凹凸がある赤外放射層A(樹脂材料層J)が積層されていることを、意味するものである。
図29に示すように、赤外放射層Aを構成する樹脂材料層Jの表裏両面を凹凸状に形成して、光散乱構成を備えさせるようにしてもよい。
このように構成すれば、放射面Hを見たときに、放射面Hのギラツキを抑制できるものとなる。
樹脂材料層Jの裏面が凹凸状になっても、樹脂材料層Jと保護層Dとの間にのり層Nを位置させれば、樹脂材料層Jと保護層Dとを適切に接合することができる。
以下、別実施形態を列記する。
(1)上記実施形態では、保護層Dを備えさせる場合を例示したが、保護層Dを省略する形態で実施してもよい。
B 光反射層
D 保護層
E 膜材
Eh 膜材本体
Ej 膜材側樹脂層
H 放射面
J 樹脂材料層
Q フィラー
前記放射冷却層が、放射面から赤外光を放射する赤外放射層と、当該赤外放射層における前記放射面の存在側とは反対側に位置させる光反射層とを備える形態に構成され、
前記赤外放射層が、吸収した太陽光エネルギーよりも大きな熱輻射エネルギーを波長8μmから波長14μmの帯域で放つ厚みに調整された塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂からなる樹脂材料層であり、
前記光反射層が、銀又は銀合金を備え、
前記膜材が、前記放射冷却層から離れる裏面部に、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂にて形成される膜材側樹脂層を備えている点にある。
Claims (19)
- 膜材の外面に放射冷却層が装着され、
前記放射冷却層が、放射面から赤外光を放射する赤外放射層と、当該赤外放射層における前記放射面の存在側とは反対側に位置させる光反射層とを備える形態に構成され、
前記赤外放射層が、吸収した太陽光エネルギーよりも大きな熱輻射エネルギーを波長8μmから波長14μmの帯域で放つ厚みに調整された塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂からなる樹脂材料層であり、
前記光反射層が、銀又は銀合金を備え、
前記膜材の前記放射冷却層から離れる裏面部に、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂にて形成される膜材側樹脂層を備えている放射冷却式膜材。 - 前記放射冷却層が、接着剤又は粘着剤の接続層にて前記膜材の外面に装着されている請求項1に記載の放射冷却式膜材。
- 前記樹脂材料層の膜厚が、
波長0.4μmから0.5μmの光吸収率の波長平均が13%以下であり、波長0.5μmから波長0.8μmの光吸収率の波長平均が4%以下であり、波長0.8μmから波長1.5μmまでの光吸収率の波長平均が1%以内であり、1.5μmから2.5μmまでの光吸収率の波長平均が40%以下となる光吸収特性を備え、且つ、
8μmから14μmの輻射率の波長平均が40%以上となる熱輻射特性を備える状態の厚みに調整されている請求項1又は2に記載の放射冷却式膜材。 - 前記光反射層は、波長0.4μmから0.5μmの反射率が90%以上、波長0.5μmより長波の反射率が96%以上である請求項1~3のいずれか1項に記載の放射冷却式膜材。
- 前記光反射層が、銀または銀合金で構成され、その厚みが50nm以上である請求項1~4のいずれか1項に記載の放射冷却式膜材。
- 前記光反射層が、前記樹脂材料層に隣接して位置する銀または銀合金と前記樹脂材料層から離れる側に位置するアルミまたはアルミ合金の積層構造である請求項1~4のいずれか1項に記載の放射冷却式膜材。
- 前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、可塑剤が混入された塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂であり、
前記可塑剤が、フタル酸エステル類、脂肪族二塩基酸エステル類及びリン酸エステル類からなる群より選択される1つ以上の化合物からなる請求項1~6のいずれか1項に記載の放射冷却式膜材。 - 前記可塑剤が、前記塩化ビニル系樹脂の100重量部に対して、1重量部以上200重量部以下の範囲で混入されている請求項7に記載の放射冷却式膜材。
- 前記可塑剤のリン酸エステルが、リン酸トリエステル、又は、芳香族リン酸エステルである請求項7又は8に記載の放射冷却式膜材。
- 前記樹脂材料層と前記光反射層との間に保護層を備える形態に構成され、
前記保護層が、厚さが300nm以上で、40μm以下のポリオレフィン系樹脂、又は、厚さが17μm以上で、40μm以下のポリエチレンテレフタラート樹脂である請求項1~9のいずれか1項に記載の放射冷却式膜材。 - 前記樹脂材料層と前記保護層とを接続するのり層が、前記樹脂材料層と前記保護層との間に設けられている請求項10に記載の放射冷却式膜材。
- 前記のり層に用いる接着剤又は粘着剤が、ウレタン系、アクリル系、エチレン酢酸ビニル系のいずれかである請求項11に記載の放射冷却式膜材。
- 前記樹脂材料層に、無機材料のフィラーが混入されている請求項1~12のいずれか1項に記載の放射冷却式膜材。
- 前記のり層に、無機材料のフィラーが混入されている請求項11又は12に記載の放射冷却式膜材。
- 前記のり層に対する前記フィラーの重量割合が0.1~40wt%である請求項14に記載の放射冷却式膜材。
- 前記フィラーが、二酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウム、炭酸カルシウムからなる群より選択されるいずれか一つを含む請求項13~15のいずれか1項に記載の放射冷却式膜材。
- 前記フィラーが、酸化チタンを含む請求項13~16のいずれか1項に記載の放射冷却式膜材。
- 前記酸化チタンに、アルミナコート、シリカコート、ジルコニアコートの少なくとも一つがなされている請求項17に記載の放射冷却式膜材。
- 前記放射面が凹凸状に形成されている請求項1~18のいずれか1項に記載の放射冷却式膜材。
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