JP3192380U - 屋根用融雪ヒータ材 - Google Patents

Abstract

【課題】屋根用融雪ヒータ材を用いた場合における氷柱の成長を防止する。【解決手段】シート状発熱体１０の表面に可撓性のある肉薄の絶縁防水材１７を備える一方、シート状発熱体１０の裏面に可撓性のあるマグネットシート１４を備える屋根用融雪ヒータ材を前提として、略長方形に成形したシート状発熱体１０の長手方向の端縁部に沿って、自己制御ヒータ線２０を設ける。屋根に積もった雪を融かす役目は、主としてシート状発熱体１０が担うが、軒先まわりでは、自己制御ヒータ線２０が外気温に応じて発熱量を可変し、氷柱の発生を防止する。自己制御ヒータ線２０は、外気温や接触物の温度に応じて通電量を変化させ、外気温が厳しく低下すれば抵抗値を上げて発熱量を増加させる。【選択図】図１

Description

本考案は、屋根の融雪を行うシート状のヒータ材に関する。

降雪地では、屋根に積もった雪によって建物が損壊したり、軒先やビルディングの屋上端縁部（いわゆるパラペット）に生じた氷雪が落下して人身事故や物損事故が起こるという問題がある。

このため、従来から、屋根の葺き板の下、あるいはパラペットの下に電熱ヒータを設けて融雪を行う構造が提案されている。例えば、特開２００３−０２０７６０号、特開２００１−３４９０１９号等である。

屋根に積もる雪の問題は、切妻や寄せ棟など住宅の傾斜屋根の場合は、とくに軒の部分に生ずる氷雪の塊を排除できれば解決することが多い。特開２００１−３４９０１９号（特許文献２）は、その観点からの提案である。ビルディングの屋根も端縁部（パラペット）に生ずる氷雪を融かせば事故は未然に防ぐことが出来るため、降雪地のビルディングの多くは外部からは見えないがパラペットの下に電熱ヒータを設けている。

しかしながら、特許文献１、２のように、いわゆる葺き板の下に発熱ヒータを設ける構造をとる場合、屋根用のヒータを設ける工事に際して、屋根を葺く専門の職人と電気工事を行う専門職人とを必要とし、異なる職種の作業を必要とするため工事のスケジュール調整が煩雑となり、速やかな工事が行えないだけでなく、融雪ヒータの設置コストも必然的に嵩むという問題があった。

そこで、本出願人は、トタン屋根等の金属板に簡単に設置できるマット状の融雪ヒータ材を提案した（特許文献３）。これは、樹脂シート材に発熱電極線を配したシートヒータを利用して、その裏面にマグネットシートを配したものである。通電により、シートヒータが発熱するものであり、裏面にマグネットシートを備えるので、トタン屋根や金属製笠木に簡単に設置できる。

特開２００３−０２０７６０号公報 特開２００１−３４９０１９号公報 実用新案登録第３１０４１６３号

ところで、前記特許文献３の屋根用融雪ヒータ材は、施工が簡単で融雪効率も良い点で優れている一方で、外気温が夜間に厳しく低下する地域では、屋根に積もった雪が融けて流れ、軒先で氷柱（つらら）を形成することがあった。

氷柱の形成要因は多様であるが、特許文献３に係る屋根用融雪ヒータ材のように、厳冬期でも随時融雪を行うことの出来るヒータ材を用いると、屋根を下り落ちた融雪水が軒先で瞬時に氷結する可能性があり、外気温が厳しいときには、軒先部分に配した融雪ヒータ材の能力を超えた瞬時氷結によって、徐々に氷柱が成長するためであると考えられる。

氷柱は、小さければ問題はない。しかし、日中も外気温がマイナス５〜１０℃またはそれ以下で推移する日が連続すると、昼夜を通して氷柱が成長するため、危険である。

そこで、本考案の目的は、屋根用融雪ヒータ材を用いた場合における氷柱の成長を防止することにある。

前記目的を達成するため、本考案に係る屋根用融雪ヒータ材は、可撓性のあるシート材に電極線を配したシート状発熱体の表面に可撓性のある肉薄の絶縁防水材を備える一方、シート状発熱体の裏面に可撓性のあるマグネットシートを備える屋根用融雪ヒータ材を技術的前提として、略長方形に成形した前記シート状発熱体の長手方向の端縁部に沿って、自己制御ヒータ線を設ける（請求項１）。

従来の屋根用融雪ヒータ材と同様、屋根に積もった雪を融かす役目は、主としてシート状発熱体が担うが、略長方形に成形したシート状発熱体の長手方向の端縁部に自己制御ヒータ線を配してあるので、軒先まわりでは、当該自己制御ヒータ線が外気温に応じて発熱量を可変し、氷柱の発生を防止する。自己制御ヒータ線は、外気温や接触物の温度に応じて通電量を変化させるので、外気温が厳しく低下すれば抵抗値を上げて発熱量を増加させる。このため、夜間、昼間を問わず、外気温が低いときには、シート状発熱体以上の高温になって、融雪水が氷柱となることを防ぐ。

シート状発熱体は、面状発熱体または線面発熱体のいずれか一方であることを特徴とする場合がある（請求項２）。

面状発熱体は、電極線によってシート材（シート状の抵抗材）が発熱するもので、電極線が切断したときにもシート材が発熱状態を維持し融雪を続行できるという利点があるが、異状発熱の懸念がある。一方の線面発熱体は、適宜数（例えば二本）の電極線の間に横導電糸（電気抵抗線）を掛け渡してあるので、電極線が劣化等により切れたときには発熱状態の維持は難しくなるが、異状発熱による事故を確実に防止できる利点がある。面状発熱体と線面発熱との使い分けは、降雪量、屋根構造、建築物の材質や構造等を勘案することが望ましい。勿論、シート状発熱体そのものが外気温によって抵抗値を変える自己制御ヒータ材であっても構わない。

自己制御ヒータ線は、シート状発熱体の両方の端縁部に設ける場合がある（請求項３）。

氷柱の成長を防止する自己制御ヒータ線は、原理的には、長方形に成形したシート状発熱体の片側（軒先側）だけにあれば良い。しかしながら、片側だけに自己制御ヒータ線を配すると、融雪ヒータ材の敷設時の配線が却って複雑になる可能性があり、また、配設方向の間違いによるクレームが生ずる等の可能性がある。

これに対し、自己制御ヒータ線をシート状発熱体の両方の端縁部に設けておけば、配線の煩雑も解消でき、配設方向の間違いも生じない。施工コストや改修コストを確実に低減でき、また使用上のクレームも生じない。

本考案に係る屋根用融雪ヒータ材によれば、屋根用融雪ヒータ材を用いた場合における氷柱の成長を防止することが出来る。本考案に係る屋根用融雪ヒータ材は、マグネットシートを備えるので、トタン屋根や金属被覆してあるパラペットなど各種の屋根材の表面に磁着させて使用できる。

第一の実施形態に係る融雪ヒータ材を例示する分解斜視図である。 図１の融雪ヒータ材の断面図である。 第一の実施形態に係る自己制御ヒータ線を拡大して示す図である。 第一の実施形態に係る融雪ヒータ材の適用例を示す図である。 第一の実施形態に係る融雪ヒータ材の氷柱防止機能を例示する図である。 第一の実施形態に係る融雪ヒータ材の電源供給線を例示する図である。 他の実施形態に係る線面発熱体を例示する図である。

図１、図２は、本考案に係る屋根用融雪ヒータ材を例示するものである。この融雪ヒータ材Ｈは、全体形状を肉薄の略長方形を呈するように成形したもので、シート状発熱体１０の裏面に可撓性のあるマグネットシート１４を配し、シート状発熱体１０の表面に可撓性のある肉薄の絶縁防水材１７を配してなる。また、シート状発熱体１０の長手方向の端縁部に沿って、自己制御ヒータ線２０を備える。

シート状発熱体１０は、例えば面状発熱体を用いる。１１は、面状発熱体のシート材、１２は、シート材１１に配した二本の電極線である。この面状発熱体はシート材１１が導電性をもった抵抗発熱体で、二本の電極線１２に通電すると、シート材１１が発熱するようになっている。従って、シート材１１には例えば可撓性のあるカーボンシートを用いる。シート状発熱体１０の大きさは、適用箇所に応じて適宜設定する。

シート状発熱体１０の裏面に配するマグネットシート１４は、ヒータ材（Ｈ）全体の柔軟性を担保するため、出来るだけ肉薄のもの、例えば肉厚３ｍｍ以下のものを使用することが望ましい。屋根材表面には一般に平滑で、マグネットシート１４を損傷させるような鋭利な凹凸はないから、例えば肉厚０．５〜１ｍｍ程度の薄いマグネットシート１４を用いても実用上の不具合は殆どない。

マグネットシート１４は、荷重、すなわち融雪ヒータ材Ｈの重量と若干の雪の重量を支え移動しなければ良いから、必ずしもシート状発熱体１０の裏面全体に設ける必要はない。降雪があってもシート状発熱体１０が直ちに雪を融かすので、雪の重量はそれほど大きくなることはないし、屋根の傾斜が緩やかなときは横方向ベクトルも少ない。ただし、沿岸部のように風の強い地域では、融雪によって裸になった融雪ヒータ材Ｈが風によって飛ばされるのを防止するため、融雪ヒータ材Ｈの裏面全体にマグネットシート１４を設け吸着面積を大きくしておくことが望ましい。

絶縁防水材１７は、シート状発熱体１０に配してある電極線１２を電気的に絶縁し、内部への水の浸入を遮断防止するものである。可撓性を保証するため弾性樹脂材、例えばブチルゴム、塩化ビニル、ポリエチレン等で成形したシート材を用いる。肉厚は出来るだけ薄くすることが望ましい。例えば１〜５ｍｍである。外的障害を受けにくい場所に設置され、シート状発熱体１０が発生する熱の損失を最小限に抑えることが望ましいからである。

自己制御ヒータ線２０は、図３に示すように、略平行に配した二本の導線２１の間に架橋発熱体２３を配し、導線２１と架橋発熱体２３をカバー材２４によって被覆したものである。自己制御ヒータ線２０の肉厚を薄くするため、導線２１としては、例えば銅箔線を用いて断面形状を略矩形状（薄板状）に成形することが望ましい。また、十分な加熱効率を保証するため、自己制御ヒータ線２０の横幅は若干幅広にすることが望ましい。具体的な横幅寸法は、例えば、４０ｍｍ程度とすることが出来る。カバー材２４は、適宜素材、例えば、架橋絶縁被覆材、スズメッキ銅網材等の金属製被覆材、フッ素外装被覆材、ポリオレフィン外装被覆材等を選択使用する。肉薄に成形できる素材であることが望ましい。

この自己制御ヒータ線２０は、温度の上昇と共に急激に電気抵抗値が変化するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）現象を利用するもので、実用的には絶縁材料であるポリマーに導電性のカーボンフィラー等を添加することによって発現する。

架橋発熱体２３（抵抗体）としては、例えばポリオレフィンに特殊なカーボンブラックを混和させ放射線架橋処理を行う。これがＰＴＣ特性を有する抵抗体となり、電源を投入すると外周温度に見合った電流が流れて発熱する。外周温度が下がると、架橋ポリマーが収縮し導電性カーボンのつながりが密になって抵抗が小さくなり電流の流れが大きくなって温度上昇する。一方、外周温度が上がると、架橋ポリマーが膨張し導電性カーボンのつながりが分断されて抵抗が大きくなり、電流の通り道が少なくなって発熱量が減少する。

自己制御ヒータ線２０は、環境温度（外気温、接触温度等）が低いときは発熱量が増えるが、環境温度が高いときは通電量が減って消費電力を抑える。このため、自己制御ヒータ線２０は、シート状発熱体１０の両方の長手方向に沿って二本配設して構わない。

シート状発熱体１０の片側の長手方向だけに自己制御ヒータ線２０を配すると、敷設方向確認や配線系統の煩雑など、融雪ヒータ材Ｈの敷設作業に手間がかかる可能性があるからである。自己制御ヒータ線２０をシート状発熱体１０の両方の端縁部に設けておけば、配線の煩雑も解消でき、配設方向の間違いも生じない。

従って、かかる融雪ヒータ材Ｈによれば、図４に示すように、金属葺板を用いた傾斜屋根Ｒの軒先部分に装着するだけで、特別の工事を必要とせず、軒先の雪を融かすことが可能になる。裏面にマグネットシート１４を備えるので、トタン屋根（金属葺板）であればどの部位にも簡単に装着することが出来る。融雪ヒータ材Ｈは、積雪の多い地域では傾斜屋根Ｒの全体に配設することが望ましい。

融雪ヒータ材Ｈは、端部の長手方向に配した自己制御ヒータ線２０を備えるので、図５中矢印Ｂで示すように、軒先近傍では自己制御ヒータ線２０が外気温の低下時に発熱量を増大し、氷柱の発生を防止する。自己制御ヒータ線２０は、外気温が厳しく低下すれば抵抗値を上げて発熱量を増加させ、シート状発熱体１０以上の高温になって融雪水が氷柱となることを防止する。傾斜屋根Ｒに積もる雪は、主として図５中符号Ａ１で示す部分（シート状発熱体１０によって加熱される部位）と、図５中符号Ａ２、Ａ３で示す部分（自己制御ヒータ線２０によって加熱される部位）を備えて効率的な融雪を行う。

軒先の氷柱を防止するだけであれば、シート状発熱体１０の長手方向の片側にのみ自己制御ヒータ線２０を配すればよいことは勿論である。

シート状発熱体１０と自己制御ヒータ線２０への給電は、それぞれ独立した給電経路としても良いが、並列回路の結線によって給電端子を単純化できる。例えば、図６に示すように、シート状発熱体１０の電極線１２と自己制御ヒータ線２０の導線２１とを適当箇所で結線すれば、給電端子はひとつに出来るからである。図６では、結線箇所を符号Ｐで示した。結線のための接続線Ｆの端部は、例えば、ハトメ（グロメット）を用いて接続線Ｆを保護しつつハンダ付する。電極線１２または導線２１と接続線Ｆとが交差する箇所は、例えば、ポリエチレンフィルム等の適宜素材を介在させて絶縁することが望ましい。

本考案に係る融雪ヒータ材Ｈは、全体として可撓性がある。これにより、屋根材に凹凸がある場合や屋根材が湾曲している場合にも柔軟に対応し、装着の容易と確実を発揮する。屋根が湾曲する箇所としては、例えば、鉄道や地下鉄車両用の防雪シェルターの屋根等がある。

本考案に係るシート状発熱体は、図７に示すように非導電性のシート材３１に二本の電極線３２を設け、電極間に多数の横導電糸３４を設けた線面発熱体を用いても良い。線面発熱体は、電極線３２が切断したときに横導電糸３４への通電がなくなるので異状発熱がない。

なお、面状発熱体を使用する場合でも、供給電源の電流値を制御する電流調整器、電圧調整器を用いて異状発熱を防止できる。このような調整器を用いれば、融雪ヒータ材Ｈの温度は比較的低温（例えば表面温度で５０℃程度）に保つことが出来る。また融雪ヒータ材Ｈのオンオフ制御に降雪センサや外気温センサを利用してスイッチコントロールしても良いことは勿論である。手動によるオンオフ制御でも構わない。

１０ シート状発熱体
１１ （面状発熱体の）シート材
１２、３２ 電極線
１４ マグネットシート
１７ 絶縁防水材
２０ 自己制御ヒータ線
２１ 導線
２３ 架橋発熱体
２４ カバー材
３１ （線面発熱体の）シート材
３４ 横導電糸
Ｆ 接続線
Ｈ 融雪ヒータ材
Ｐ 結線箇所
Ｒ 傾斜屋根

Claims (3)

1. 可撓性のあるシート材に電極線を配したシート状発熱体の表面に可撓性のある肉薄の絶縁防水材を備える一方、シート状発熱体の裏面に可撓性のあるマグネットシートを備える屋根用融雪ヒータ材において、
   略長方形に成形した前記シート状発熱体の長手方向の端縁部に沿って、自己制御ヒータ線を設けることを特徴とする屋根用融雪ヒータ材。
2. シート状発熱体は、面状発熱体または線面発熱体のいずれか一方であることを特徴とする請求項１記載の屋根用融雪ヒータ材。
3. 自己制御ヒータ線は、シート状発熱体の両方の端縁部に設けることを特徴とする請求項１または請求項２記載の屋根用融雪ヒータ材。

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