JP2009259643A - 車両用の融雪装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積もった雪を均一に融雪する。降雪量に対して最適な発熱量に調整する。
【解決手段】車両用の融雪装置は、車両の屋根に沿う形状の熱伝導プレート３の下面に電気ヒータ１を熱結合状態で積層している。電気ヒータ１は、可撓性を有するシート状である複数の帯状ヒータ素子６Ａからなる面状ヒータ６である。帯状ヒータ素子６Ａは、両面の絶縁シート７の間に、可撓性と導電性を有する一対の編み線８を平行に配設し、一対の編み線８に橋渡しするように複数枚の可撓性発熱シート９を電気接続して、可撓性発熱シート９と編み線８の両方の表面を絶縁シート７で絶縁している。可撓性発熱シート９は、実質的にカーボンを含まず、含有する導電性金属でもって所定の電気抵抗に設定している。帯状ヒータ素子６Ａは、編み線８を介して各々の可撓性発熱シート９に通電されて発熱し、発熱する可撓性発熱シート９が熱伝導プレート３を加熱して融雪する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の屋根に積もった雪を融雪する融雪装置に関し、とくに、屋根に積もった雪を夜間に融雪する装置に関する。

長時間停車している間に車両の屋根、とくに、貨物トラックのウイングボディの屋根やミニバンの屋根に積もった雪を除く作業は危険であり、そのままにして走行すれば、道路上に落下して交通事故の原因となる。この弊害は、車両の屋根に融雪装置を設置して解消できる。路面や屋根の融雪装置は開発されている。（特許文献１参照）
特開２００３−２９３３１２号公報

特許文献１は、加熱手段の上部を覆うように表面プレートを設けて、この表面プレートを脱着できる構造としている。この融雪装置は、ヒータなどの加熱手段の発熱を表面プレートで均一化する。ただ、ニクロム線などのヒータは、線状に発熱するので、これを表面プレートで均一化しても、ヒータのある部分とない部分とで融雪に差ができる欠点がある。

とくに、ニクロム線などのヒーターは、単位面積に対する発熱量のコントロールが難しく、降雪量の多い地域や少ない地域において、発熱量を最適な値に調整するのが難しい欠点があった。また、発熱領域のコントロールも難しく、特定の領域の発生熱量を多く、あるいは少なく調整するのが難しい欠点もあった。

本発明の第１の目的は、この弊害を防止すること、すなわち積もった雪を均一に融雪でき、さらに、降雪量に対して最適な発熱量に調整でき、しかも発熱領域のコントロールも最適な状態に調整できる車両用の融雪装置を提供することにある。

ところで、車両用の融雪装置は、車両を使用しない夜間に通電して融雪して便利に使用できる。また昼間料金の約１／３と安価な夜間電力を有効に利用して融雪できることから経済的でもある。とくに、融雪するには、雪を溶かすために大きな融解熱を必要とすることから電力消費が大きく、いかに経済的に融雪できるかは大切である。

電気のエネルギーによる発熱量（Ｑ）［ｃａｌ］は、消費電力（Ｗ）［Ｗ］と時間（Ｔ）［ｓｅｃ］の積から以下の式で演算される。
Ｑ＝０．２４ＷＴ
この式から、たとえば１ｋＷのヒータが１時間（３６００秒）に発生する熱量は８６４ｋｃａｌとなる。
ヒータの発生熱量が特定されると、ある積雪重量の雪が積もっている時、それを融かすために必要な時間は、ヒーターの消費電力に反比例する。したがって、ヒータの消費電力をコントロールして、融雪時間を調整できる。融雪時間は、深夜電力の時間帯に設定するのが理想である。深夜電力は、夜の１１時から次の朝の７時までの８時間であるから、融雪時間を８時間とするのが理想である。積雪量は毎日変化するが、例えば、ある地域において１日の積雪量が、たとえば９５％の確率で３０ｃｍ以下、言い換えると３０ｃｍを超える日が５％であるとすれば、この地域では３０ｃｍの積雪を８時間で融雪するようにヒータの消費電力を設定して好ましい状態で使用できる。この融雪装置は、３０ｃｍの積雪を朝の７時までに融雪できることになるので、ほとんど毎日、正確には９５％の日は朝の７時までに融雪できることになる。

ただ、積雪量は毎日変化し、毎日３０ｃｍの雪が積もるのではない。積雪量が３０ｃｍよりも少ない日は、７時よりも前に融雪される。融雪された後は、氷の融解熱による温度上昇の制限がなくヒータの温度が上昇する。ヒータは、温度をコントロールしているので、温度のコントロールが正常に動作する限り安全に動作するが、温度コントロールが故障すると、ヒータ温度が異常に上昇して発火するなどの弊害がある。この弊害は、ヒータにニクロム線などの金属線を使用する構造では問題とならないが、このヒータでは均一に融雪できない。均一に融雪するために、カーボンなどの導電性粉末をバインダーで結合している面状ヒータを使用すると、異常に高温になるとカーボンが発火するなどの弊害が発生する。

本発明の第２の目的は、さらにこの欠点を解決すること、すなわち、積もった雪を均一に融雪しながら、積雪量が少なく、また、ヒータの温度制御が動作しない状態においても、発火することなく安全に車両の屋根に積もった雪を融雪できる融雪装置を提供することにある。

本発明の車両用の融雪装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の融雪装置は、車両の上に設置されて、車両に積もった雪を融雪する。融雪装置は、車両の屋根に沿う形状の熱伝導プレート３と、この熱伝導プレート３の下面に熱結合状態で積層されてなる電気ヒータ１とを備える。この電気ヒータ１は以下の全ての構成を備えている。
（ａ）電気ヒータ１は、所定の間隔で同一面に配置してなる複数の帯状ヒータ素子６Ａからなる面状ヒータ６である。
（ｂ）帯状ヒータ素子６Ａは、可撓性を有するシート状であって、所定の幅の帯状である。
（ｃ）帯状ヒータ素子６Ａは、両面の絶縁シート７の間に、多数の細線を網状に集合している可撓性と導電性を有する一対の編み線８を平行に配設し、かつ、一対の編み線８に橋渡しするように、複数枚の可撓性発熱シート９の両側部を一対の編み線８に電気接続して、複数枚の可撓性発熱シート９を編み線８に沿って連結しており、この可撓性発熱シート９も両面の絶縁シート７の間に配設して、可撓性発熱シート９と編み線８の両方の表面を絶縁シート７で絶縁している。
（ｄ）可撓性発熱シート９は、実質的にカーボンを含まず、かつ導電性金属を含むプラスチックシートであって、含有する導電性金属でもって所定の電気抵抗に設定している。
（ｅ）帯状ヒータ素子６Ａが、編み線８を介して各々の可撓性発熱シート９に通電してジュール熱で発熱させ、発熱する可撓性発熱シート９が熱伝導プレート３を加熱して融雪するようにしている。

本発明の請求項２の車両用の融雪装置は、可撓性発熱シート９の導電性金属を、錫と鉛を含む金属としている。

本発明の請求項３の車両用の融雪装置は、可撓性発熱シート９を、酸化錫と、酸化鉛と、塩化鉛との混合物を有機溶剤に溶解した溶解物と還元剤とを加熱し、さらにこの加熱混合物に、合成樹脂を素材とするバインダーを混合してシート状に成形したものとしている。

本発明の請求項４の車両用の融雪装置は、絶縁シート７をポリイミド樹脂とシリコン樹脂のいずれかとしている。

本発明の請求項５の車両用の融雪装置は、帯状ヒータ素子６Ａの幅を、５ｍｍよりも広く、２０ｍｍよりも狭い帯状とし、さらに、本発明の請求項６の車両用の融雪装置は、帯状ヒータ素子６Ａを３ｃｍよりも広く１０ｃｍよりも狭い間隔で平行に配列している。

さらに、本発明の請求項７の車両用の融雪装置は、熱伝導プレート３を、アルミニウム板と銅板と鉄板とこれらの合金板のいずれかの金属板としている。

また、本発明の請求項８の車両用の融雪装置は、面状ヒータ(6)の単位面積当たりの消費電力を１００Ｗ／ｍ^２ないし５００Ｗ／ｍ^２としている。

さらにまた、本発明の請求項９の車両用の融雪装置は、面状ヒータ６を断熱基板２の上面に固定している。

本発明の車両用の融雪装置は、積もった雪を均一に融雪しながら、しかも降雪量に対して最適な発熱量に調整して電力を効率よく利用して融雪し、さらに、発熱領域のコントロールを最適な状態として、車両の積雪を理想的な状態で融雪できる特徴がある。それは、本発明の融雪装置が、熱伝導プレートを下から加熱する電気ヒータを、複数列の帯状ヒータ素子で構成し、さらにこの帯状ヒータ素子を、両面の絶縁シートの間に、多数の細線を網状に集合している可撓性と導電性を有する一対の編み線を平行に配設して、この一対の編み線に橋渡しするように、複数の可撓性発熱シートの両側部を編み線に電気接続して、複数枚の可撓性発熱シートを編み線に沿って連結する構造とし、さらにこの可撓性発熱シートと編み線の両方の表面を絶縁シートで絶縁し、全体を可撓性があって帯状とし、さらに可撓性発熱シートには、実質的にカーボンを含まず、かつ導電性金属を含むプラスチックシートとして、含有する導電性金属で電気抵抗を最適値としており、この帯状ヒータ素子の各々の可撓性発熱シートに編み線から通電し、可撓性発熱シートをジュール熱で発熱させて、熱伝導プレートを加熱して融雪する独特の構造とするからである。

とくに、本発明の融雪装置は、平行に配設する一対の編み線に、複数枚の可撓性発熱シートの両側部を電気接続して帯状ヒータ素子とし、この帯状ヒータ素子を平行に熱伝導プレートの表面に配設することから、車両の屋根に沿う形状の熱伝導プレートの下面に沿って自由に変形して、熱伝導プレートに広い面積で確実に面接触状態で熱結合される。とくに、帯状ヒータ素子の可撓性発熱シートを熱伝導プレートに好ましい状態で熱結合して、可撓性発熱シートの発熱を効率よく熱伝導プレートに熱伝導して、熱伝導プレートで効率よく、しかも均一に融雪できる特徴がある。

また、本発明の融雪装置は、編み線に連結する可撓性発熱シートの幅、長さ、個数、間隔等を調整して、帯状ヒータ素子の単位面積あたりの発熱量を最適値に設定して、使用する地域に最適な発熱量として電力を有効に利用して融雪できる。

さらに、本発明の融雪装置は、積雪量が少なく、またヒータの温度制御が正常に動作しない状態においても、発火することなく安全に車両の屋根に積もった雪を融雪できる特徴がある。それは、本発明の融雪装置が、熱伝導プレートを加熱する帯状ヒータ素子の発光素子として、実質的にカーボンを含まず、含有する金属で電気抵抗を調整している可撓性発熱シートを使用するからである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の融雪装置を例示するものであって、本発明は融雪装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１の平面図と図２の断面図に示す車両用の融雪装置は、断熱基板２と、この断熱基板２の上面に固定している電気ヒータ１と、この電気ヒータ１の上に固定している熱伝導プレート３とを備える。

断熱基板２は、合板からなる基板４の上に断熱材５を固定している。合板は、厚さを１ｃｍ〜２ｃｍとするコンパネ４Ａである。ただ、基板には、合板に代わって合成樹脂板なども使用できる。断熱材５は、プラスチックを発泡成形したもので、好ましくは独立気泡を有する発泡ウレタンである。ただ、断熱材には、無機繊維を所定の厚さに集合しているガラスウールやロックウールも使用できる。断熱材５を積層している断熱基板２は、断熱材５でもって、電気ヒータ１の熱が基板側に伝導するのを遮断できる。このため、電気ヒータ１の発熱で効率よく熱伝導プレート３を加温して融雪する効率を高くできる。断熱材５は、厚くして断熱特性を向上できる。したがって、断熱材５の厚さは、好ましくは５ｍｍ以上、たとえば１ｃｍとする。

電気ヒータ１は、通電してジュール熱で発熱する。この電気ヒータ１は、所定の間隔で同一面に平行に配置している複数の帯状ヒータ素子６Ａからなる面状ヒータ６である。帯状ヒータ素子６Ａは、可撓性を有するシート状であって、所定の幅の帯状である。さらにこの帯状ヒータ素子６は、図３と図４に示すように、両面にある絶縁シート７の間に、多数の細線を網状に集合している可撓性と導電性を有する一対の編み線８を平行に配設している。絶縁シート７には、ポリイミド樹脂やシリコン樹脂等が使用できる。一対の編み線８に橋渡しするように、複数枚の可撓性発熱シート９の両側部を一対の編み線８に電気接続して、複数枚の可撓性発熱シート９を編み線８に沿って連結している。この可撓性発熱シート９も両面の絶縁シート７の間に配設されて、可撓性発熱シート９と編み線８の両方の表面を絶縁シート７で絶縁している。可撓性発熱シート９は、実質的にカーボンを含まず、かつ導電性金属を含むプラスチックシートであって、含有する導電性金属でもって所定の電気抵抗に設定している。可撓性発熱シート９が実質的にカーボンを含まないとは、原料としてカーボンが添加されず、仮にカーボンが含まれるとしても、混合する原料に不純物として含まれる程度を意味する。カーボンは、導電性があることから面状ヒータの導電性粉末として使用されるが、加熱されると発火するので、本発明の融雪装置の電気ヒータは、可撓性発熱シートにカーボンを添加せず、可撓性発熱シートをノンカーボンの不燃性としている。帯状ヒータ素子６Ａは、編み線８を介して各々の可撓性発熱シート９に通電してジュール熱で発熱させて、発熱する可撓性発熱シート９が熱伝導プレート３を加熱して融雪する。

可撓性発熱シート９は、導電性金属である酸化錫と酸化鉛と塩化鉛の混合物を有機溶剤に溶解してなる溶解物に還元剤を添加して加熱し、この加熱混合物に合成樹脂を素材とするバインダを混合してシート状に成形して製作される。バインダの合成樹脂には、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などが使用できる。

可撓性発熱シート９の導電性をコントロールする金属には、錫、鉛、銀、銅、鉄や鉄合金、アルミニウム、金属化合物などが使用でき、これを単独で、あるいは複数種を混合して電気抵抗をコントロールすることができる。帯状ヒータ素子６Ａは、可撓性発熱シート９自体の電気抵抗と、一対の編み線８の間に接続する可撓性発熱シート９の枚数とで消費電力、すなわち発熱量をコントロールできる。可撓性発熱シートの電気抵抗を小さくし、また一対の編み線の間に接続する可撓性発熱シートの枚数を多くして、帯状ヒータ素子の電気抵抗を小さく、消費電力を大きく、発熱量を大きくできる。帯状ヒータ素子６Ａの消費電力は、面状ヒータ６の単位面積に対する消費電力が最適値となるように調整される。

たとえば、電気ヒータ１である面状ヒータ６は、帯状ヒータ素子６Ａの幅を１ｃｍとし、この帯状ヒータ素子６Ａを５ｃｍ間隔で平行に断熱基板２に格子状に固定して制作して、単位面積の消費電力が１００Ｗ／ｍ^２ないし５００Ｗ／ｍ^２となるように帯状ヒータ素子６Ａの消費電力を調整する。たとえば、面状ヒータ６の消費電力を約２００Ｗ／ｍ^２とする融雪装置は、積雪量を３０ｃｍ（密度１００ｋｇ／ｍ^３）とする雪を５時間で融雪できる。雪は、積雪量のみでなく密度により融雪に要する熱エネルギーが異なり、密度が高くなると、融雪に要する熱エネルギーは大きくなる。したがって、面状ヒータ６の単位面積に対する消費電力は、使用する地域の積雪量と雪の密度を考慮して最適値に設定される。積雪量が多く、また密度の高い雪が降る地域にあっては、面状ヒータの消費電力を大きくし、積雪量が少なく、また密度の低い地域にあっては、消費電力を小さくする。すなわち、深夜電力でもって積雪をほぼ完全に融雪できる消費電力に設定される。また、面状ヒータ６の消費電力は、帯状ヒータ素子６Ａを固定する間隔によって異なり、帯状ヒータ素子６Ａを狭い間隔で固定すると面積当たりの消費電力は大きくなる。したがって、帯状ヒータ素子６Ａの消費電力は、断熱基板２に接近して、すなわち狭い間隔で固定するものにあっては小さく、反対に断熱基板２に固定される間隔が広くなると大きくする。帯状ヒータ素子６Ａの幅は、狭すぎると熱伝導プレート３との熱結合面積が小さくなって、熱伝導プレート３を均一に加温するのが難しくなる。したがって、帯状ヒータ素子６Ａの幅は、好ましくは５ｍｍよりも広くする。ただ、帯状ヒータ素子の幅が広くなると制作コストが高くなるので、好ましくは、帯状ヒータ素子６Ａの幅は、１０ｃｍよりも狭く、最適には約１ｃｍとして、熱伝導プレート３の裏面に広い面積で熱結合する。

面状ヒータ６は、帯状ヒータ素子６Ａを断熱基板２の上面に接着して固定し、さらに帯状ヒータ素子６Ａの上に熱伝導プレート３を接着して制作される。熱伝導プレート３は、車両の屋根に沿う形状に成形している。熱伝導プレート３は、アルミニウム板である。ただ、熱伝導プレートには、アルミニウム板に代わって銅板も使用でき、さらに、鉄やこれらの合金板も使用できる。アルミニウム板は、熱伝導に優れることから、薄くて表面を均一に加温できる特徴がある。熱伝導プレート３は、面状ヒータ６の上に熱伝導ペーストを介して熱結合して固定される。熱伝導プレート３は、面状ヒータ６の表面に熱結合して固定され、さらに面状ヒータ６のない部分は絶縁性の接着剤１０を介して断熱基板２の表面に接着して固定される。

図５は、以下の融雪装置の温度変化を示すグラフである。ただし、帯状ヒータ素子６Ａからなる面状ヒータ６は、設定温度を３０℃に設定している。
断熱基板２は、１２ｍｍのコンパネ４Ａに、断熱材５として、１０ｍｍのウレタン発泡体を固定している。
電気ヒータ１は、幅を１ｃｍとする帯状ヒータ素子６Ａを、６ｃｍ間隔に平行に固定して面状ヒータ６としている。
熱伝導プレート３は、０．５ｍｍのアルミニウム板としている。
断熱基板２の上に帯状ヒータ素子６Ａを接着して固定し、さらに、この帯状ヒータ素子６Ａの上に熱伝導プレート３を接着して固定している。

温度センサの測定点は、図２に示すように、熱伝導プレート３の上面であって帯状ヒータ素子６Ａの直上（Ａ）と、熱伝導プレート３の上面であって帯状ヒータ素子６Ａの中間（Ｂ）と、帯状ヒータ素子６Ａと熱伝導プレート３との間（Ｃ）と、コンパネ４Ａと断熱材５との間（Ｄ）としている。

この図から、明らかなように、熱伝導プレート３の表面は、帯状ヒータ素子６Ａとその中間の温度差がほとんどなく、熱伝導プレート３の上の雪を均一に融雪できることがわかる。また、帯状ヒータ素子６Ａの表面温度は、設定温度の３０℃となるが、断熱材５とコンパネ４Ａとの間の温度はきわめて低く、断熱材５で帯状ヒータ素子６Ａの熱が確実に遮断されていることが明白となる。

本発明の一実施例にかかる車両用の融雪装置の平面図である。 図１に示す融雪装置のＡ−Ａ線断面図である。 帯状ヒータ素子の一例を示す平面図である。 図３に示す帯状ヒータ素子の断面斜視図である。 図２に示す融雪装置の温度変化を示すグラフである。

符号の説明

１…電気ヒータ
２…断熱基板
３…熱伝導プレート
４…基板 ４Ａ…コンパネ
５…断熱材
６…面状ヒータ ６Ａ…帯状ヒータ素子
７…絶縁シート
８…編み線
９…可撓性発熱シート
１０…接着剤

Claims (9)

1. 車両の屋根に設置されて、車両に積もった雪を融雪する融雪装置であって、車両の屋根に沿う形状の熱伝導プレート(3)と、この熱伝導プレート(3)の下面に熱結合状態で積層されてなる電気ヒータ(1)とを備える車両の融雪装置であって、
   前記電気ヒータ(1)が以下の全ての構成を有する車両用の融雪装置。
   （ａ）前記電気ヒータ(1)は、所定の間隔で同一面に配置してなる複数の帯状ヒータ素子(6A)からなる面状ヒータ(6)である。
   （ｂ）前記帯状ヒータ素子(6A)は、可撓性を有するシート状であって、所定の幅の帯状である。
   （ｃ）前記帯状ヒータ素子(6A)は、両面の絶縁シート(7)の間に、多数の細線を網状に集合している可撓性と導電性を有する一対の編み線(8)が平行に配設され、かつ、一対の編み線(8)に橋渡しするように、複数枚の可撓性発熱シート(9)の両側部を一対の編み線(8)に電気接続して、複数枚の可撓性発熱シート(9)を編み線(8)に沿って連結しており、この可撓性発熱シート(9)も両面の絶縁シート(7)の間に配設されて、可撓性発熱シート(9)と編み線(8)の両方の表面を絶縁シート(7)で絶縁している。
   （ｄ）前記可撓性発熱シート(9)は、実質的にカーボンを含まず、かつ導電性金属を含むプラスチックシートであって、含有する導電性金属でもって所定の電気抵抗に設定している。
   （ｅ）前記帯状ヒータ素子(6A)が、編み線(8)を介して各々の可撓性発熱シート(9)に通電してジュール熱で発熱させ、発熱する可撓性発熱シート(9)が熱伝導プレート(3)を加熱して融雪するようにしてなる。
2. 前記可撓性発熱シート(9)の導電性金属が錫と鉛を含む請求項１に記載される車両用の融雪装置。
3. 前記可撓性発熱シート(9)が、酸化錫と、酸化鉛と、塩化鉛との混合物が有機溶剤に溶解された溶解物と還元剤とが加熱され、さらにこの加熱混合物に、合成樹脂を素材とするバインダーが混合されてシート状に成形されたものである請求項２に記載される車両用の融雪装置。
4. 前記絶縁シート(7)がポリイミド樹脂、シリコン樹脂のいずれかである請求項１に記載される車両用の融雪装置。
5. 前記帯状ヒータ素子(6A)の幅が、５ｍｍよりも広く、２０ｍｍよりも狭い帯状である請求項１に記載される車両用の融雪装置。
6. 前記面状ヒータ(6)が、前記帯状ヒータ素子(6A)を３ｃｍよりも広く１０ｃｍよりも狭い間隔で平行に配列している請求項１又は５に記載される車両用の融雪装置。
7. 前記熱伝導プレート(3)が、アルミニウム板と銅板と鉄板とこれらの合金板のいずれかの金属板である請求項１に記載される車両用の融雪装置。
8. 前記面状ヒータ(6)の単位面積当たりの消費電力が１００Ｗ／ｍ^２ないし５００Ｗ／ｍ^２である請求項１に記載される車両用の融雪装置。
9. 前記面状ヒータ(6)が断熱基板(2)の上面に固定されてなる請求項１に記載される車両用の融雪装置。

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