JP3927201B2 - Electrothermal snow melting method and apparatus therefor - Google Patents
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Description
本発明は、降雪により屋根上に堆積した積雪を半導体による熱電素子によって完全融解するための電熱式融雪方法およびその装置に関する。 The present invention relates to an electrothermal snow melting method and apparatus for completely melting snow accumulated on a roof by snowfall using a thermoelectric element made of a semiconductor.
家屋の軒先には冬期の積雪時に風等の影響により雪庇が発生する。そのため電熱式融雪装置(以下ルーフヒーターと称す)を導入している。例えば従来においては、電磁誘導加熱タイプのルーフヒーターや、特許文献1に開示されているように、電気的に通電制御可能なテフロン(登録商標)被覆ヒーターをアルミチューブで屋根材上に固定する技術や、特許文献2に開示されているように、屋根の上部から軒先に向かって電熱線を傾斜配置させる技術等が提案されている。
しかしながら、ルーフヒーターを導入している家屋においても雪庇や氷柱の発生が起きていて、これを完全に防止することは不可能であるのが実状である。特に電磁誘導加熱タイプでは、軒裏の谷部分にヒーターが設置されるため山部分まで熱が伝わらず、容易に雪庇が発生してしまう。また、雪庇等をある程度防止できても消費電力が大きくなりコスト高となり、しかも電熱線等の設置においては屋根の形状に左右され、条件によって設置が困難なものとなる。さらに従来の如き屋根上設置型の帯状ヒーターを使用した技術では、十分に融雪が行われないため除雪が必要となるが、その際に屋根面が傷付き、表面の劣化が雨や日光等によって進行してしまう等の問題点を有していた。 However, the actual situation is that it is impossible to completely prevent the occurrence of snow leopards and icicles even in houses where roof heaters are introduced. In particular, in the electromagnetic induction heating type, a heater is installed in a valley portion on the back of the eaves, so that heat is not transmitted to the mountain portion, and a snowfall is easily generated. In addition, even if snow canopy can be prevented to some extent, the power consumption increases and the cost is increased. In addition, the installation of heating wires and the like depends on the shape of the roof, which makes installation difficult depending on the conditions. Furthermore, the conventional technology using a roof heater installed on the roof requires snow removal because the snow is not melted sufficiently, but the roof surface is damaged at that time, and the surface deteriorates due to rain, sunlight, etc. It had problems such as progress.
そこで、本発明は、叙上のような従来存した諸事情に鑑みなされたもので、低消費電力で氷柱や雪庇を瞬時に且つ完全に融かすことができ、しかも屋根面の形状に関係なく簡単に設置することができる電熱式融雪方法およびその装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the conventional circumstances as described above, and can quickly and completely melt icicles and snow canopies with low power consumption, and irrespective of the shape of the roof surface. An object of the present invention is to provide an electrothermal snow melting method and apparatus that can be easily installed.
上述した課題を解決するため、本発明に係る電熱式融雪方法にあっては、山部と谷部とが交互に連なった折板屋根構造の屋根に配設されるよう全体が折板屋根形状に形成された融雪装置による電熱式融雪方法であって、ポリイミド繊維等の不導電性で且つ熱伝導性に優れた保護材を介して半導体熱交換素子の両面にアルミシートをそれぞれ貼り合わせることによって形成された柔軟なシート状発熱体を屋根面に熱伝導可能に添着させてから、該シート状発熱体を、その外側から、シート状発熱体とほぼ同形、同大に形成された断熱材を介して、同じくシート状発熱体とほぼ同形、同大に形成され、且つ前記折板屋根構造の屋根面形状に適合すべく金属板あるいはプラスチック板を折板屋根形状に折曲加工することで構成された保持部材によって屋根面に固定保持することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, in the electrothermal snow melting method according to the present invention, the entire folded plate roof shape is disposed so as to be disposed on the roof of the folded plate roof structure in which the mountain portions and the valley portions are alternately arranged. An electrothermal snow-melting method using a snow-melting device formed on each of the semiconductor heat-exchange elements by bonding aluminum sheets to both sides of the non-conductive and heat-conductive protective material such as polyimide fiber. the formed flexible sheet-like heating element that heat conductively was affixed to the roof, the sheet-like heating element, from the outside, substantially the same shape as the sheet-like heating element, a thermal insulation material formed on university In addition, it is formed by bending a metal plate or a plastic plate into a folded plate roof shape so as to conform to the roof surface shape of the folded plate roof structure , which is also substantially the same shape and size as the sheet-like heating element. depending on the holding member, which is Wherein the fixed holding the roof surface.
而して、所定の長さ、幅の複数枚のシート状発熱体を所定の間隔を置いて屋根面に取り付けるものとすることができる。
シート状発熱体と断熱材とを耐熱両面粘着テープを介して接着するものとすることができる。
屋根の軒先の下方へ尾垂れ加工することができる。
Thus , a plurality of sheet-like heating elements having a predetermined length and width can be attached to the roof surface at a predetermined interval.
The sheet-like heating element and the heat insulating material can be bonded via a heat-resistant double-sided adhesive tape.
It can be tailed down below the eaves of the roof.
また、本発明に係る電熱式融雪装置にあっては、山部と谷部とが交互に連なった折板屋根構造の屋根に配設されるよう全体が折板屋根形状に形成された電熱式融雪装置であって、前記折板屋根構造の屋根面に熱伝導可能に添着させる半導体熱交換素子を使用した柔軟なシート状発熱体と、該シート状発熱体を、その外側から前記屋根面に断熱材を介して固定保持する保持部材とを有して成り、前記断熱材および保持部材は前記シート状発熱体とほぼ同形、同大に形成され、且つ保持部材は前記折板屋根構造の屋根面形状に適合すべく金属板あるいはプラスチック板を折板屋根形状に折曲加工することで構成され、さらに前記シート状発熱体は、ポリイミド繊維等の不導電性で且つ熱伝導性に優れた保護材を介して半導体熱交換素子の両面にアルミシートをそれぞれ貼り合わせて形成されていることを特徴とする。 Further, in the electrothermal snow melting device according to the present invention, the whole is formed into a folded-plate roof shape so as to be disposed on the roof of the folded-plate roof structure in which mountain portions and valley portions are alternately connected. A snow melting device, a flexible sheet-like heating element using a semiconductor heat exchange element attached to the roof surface of the folded-plate roof structure so as to allow heat conduction, and the sheet-like heating element from the outside to the roof surface A holding member fixed and held via a heat insulating material, wherein the heat insulating material and the holding member are formed in substantially the same shape and size as the sheet-like heating element , and the holding member is a roof of the folded plate roof structure Constructed by bending a metal plate or plastic plate into a folded plate roof shape so as to conform to the surface shape, and the sheet-like heating element is a non-conductive and highly conductive protective material such as polyimide fiber On both sides of the semiconductor heat exchange element Characterized in that it is formed by bonding each Mishito.
而して、所定の長さ、幅の複数枚のシート状発熱体を所定の間隔を置いて屋根面に取り付けて成るものとすることができる。
シート状発熱体と断熱材とは、耐熱両面粘着テープを介して接着して成るものとすることができる。
屋根の軒先の下方を折曲加工して尾垂れ部を有するものとすることができる。
Thus , a plurality of sheet-like heating elements having a predetermined length and width can be attached to the roof surface at a predetermined interval.
The sheet-like heating element and the heat insulating material can be bonded with a heat-resistant double-sided adhesive tape.
The lower part of the eaves of the roof can be bent to have a tail hanging part.
以上のように構成された本発明に係る電熱式融雪方法およびその装置にあって、半導体熱交換素子を使用した柔軟なシート状発熱体は、屋根面に対し低消費電力で効率良く熱を伝達させ、且つ軒先部への熱の伝導も良好にさせ、しかも屋根面に対する接触面積も十分に大きく採れ、且つ屋根形状に合わせて自由に屈曲して添着できるので、屋根面の歪みにも対応可能にさせる。また、半導体熱交換素子を使用した柔軟なシート状発熱体と、該シート状発熱体を断熱材を介して屋根面に固定保持する保持部材との組み合わせを1セットとしているため、屋根面の表側は勿論、屋根面の裏側からの添着が可能となり、しかも断熱材の落下を防止させる。 In the electrothermal snow melting method and apparatus according to the present invention configured as described above, a flexible sheet heating element using a semiconductor heat exchange element efficiently transfers heat to the roof surface with low power consumption. In addition, the heat conduction to the eaves can be improved, the contact area with the roof surface is sufficiently large, and it can be bent and attached to fit the roof shape, so it can cope with the distortion of the roof surface. Let me. Moreover, since the combination of the flexible sheet-like heating element using the semiconductor heat exchange element and the holding member for fixing and holding the sheet-like heating element on the roof surface via a heat insulating material is set as one set, the front side of the roof surface Of course, it is possible to attach from the back side of the roof surface and to prevent the insulation from falling.
本発明によれば、シート状発熱体を屋根面、特に軒先下面に保持部材によって固定保持することによって、低消費電力で雪庇や氷柱を瞬時に且つ完全に融かすことができ、しかも屋根面の形状に関係なく設置することができる。例えば、屋根面に対し低消費電力で効率良く熱を伝達させ且つ軒先部への熱の伝導も良好に行うことができる。また、屋根面に対する接触面積も十分に大きく採れ、且つ曲げ加工の容易に行えるので折板屋根の形状に合わせて自由に屈曲して添着でき、しかも屋根面の歪みにも十分に対応可能となる。さらに、屋根面の裏側からの添着が可能となるので、耐久性や屋根の塗り替え等のメンテナンスが容易となる。加えて、シート状発熱体を軒先ぎりぎりにまで持っていくことができ、氷柱の防止が完全に行える。 According to the present invention, the sheet-like heating element is fixed and held on the roof surface, particularly the lower surface of the eaves by the holding member, so that the snow canopy and ice pillar can be melted instantaneously and completely with low power consumption. It can be installed regardless of the shape. For example, heat can be efficiently transmitted to the roof surface with low power consumption and heat conduction to the eaves can be performed well. In addition, the contact area with the roof surface can be made sufficiently large, and bending can be easily performed, so that it can be bent and attached freely according to the shape of the folded plate roof, and can also cope with distortion of the roof surface. . Further, since attachment from the back side of the roof surface is possible, maintenance such as durability and repainting of the roof becomes easy. In addition, the sheet-like heating element can be brought to the edge of the eaves, and icicles can be completely prevented.
特に、シート状発熱体は、ポリイミド繊維等の不導電性で且つ熱伝導性に優れた保護材を介して半導体熱交換素子の両面にアルミシートをそれぞれ貼り合わせて成るので、屋根面全体が均一に発熱するものとなり、温度ムラを十分に抑えることができる。また、設定温度や入力電圧が設置場所の気候(気温、降雪量等)に応じて自由に設定できる。すなわち、暖かく降雪量が少ない所では設定温度を低くする一方、寒く降雪量の多い所では設定温度を高く微調整することができるため、無駄な電力消費を抑制することができる。また、従来のニクロム線のように際限なく温度が上昇続けることがなくなり、しかも温度上昇も電磁誘導加熱タイプやニクロム線等の他の熱源に比して早いものとなる。さらにシート状発熱体は薄いシート状に形成されているため、曲げ加工も容易であり、様々なタイプの折板屋根にも十分に対応できる。さらに、一部が破損しても機能維持に影響が少ないので、既存の帯状ヒーターと違い、一部が破損しても全取り替えの必要がない。加えて、電気エネルギーの熱交換率が約93%であり、他の素材に比べて消費電力が少ない等の種々の効果を奏する。 In particular, the sheet-like heating element is made by bonding aluminum sheets to both sides of the semiconductor heat exchange element via a non-conductive protective material such as polyimide fiber and having excellent thermal conductivity, so the entire roof surface is uniform. Heat generation, and temperature unevenness can be sufficiently suppressed. In addition, the set temperature and input voltage can be freely set according to the climate (temperature, amount of snowfall, etc.) of the installation site. That is, the set temperature can be lowered in a place where the amount of snowfall is warm and low, while the set temperature can be finely adjusted in a place where the amount of snowfall is cold, and wasteful power consumption can be suppressed. Further, the temperature does not continue to rise indefinitely as in the case of the conventional nichrome wire, and the temperature rise is faster than other heat sources such as the electromagnetic induction heating type and the nichrome wire. Furthermore, since the sheet-like heating element is formed in a thin sheet shape, it is easy to bend and can sufficiently cope with various types of folded-plate roofs. Furthermore, even if a part is damaged, there is little effect on the maintenance of the function. Therefore, unlike existing belt heaters, even if a part is damaged, there is no need for a complete replacement. In addition, the heat exchange rate of electric energy is about 93%, and there are various effects such as less power consumption than other materials.
尚、上記の課題を解決するための手段、発明の効果の項夫々において付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付したもので、図面中の符号によって示された構造・形状に本発明が限定されるものではない。 Note that the reference numerals added in the means for solving the above-described problems and the effects of the invention are given for easy reference to the parts showing the components shown in the drawings. The present invention is not limited to the structure / shape indicated by the reference numeral.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の一形態を説明すると、図において示される符号1は、屋根Pの積雪を融解する電熱式融雪装置であり、山部と谷部とが交互に連なった折板屋根構造の屋根P裏面に配設されるよう全体が折板屋根形状に形成されている。この電熱式融雪装置1は、図1に示すように、屋根P裏面に熱伝導可能に添着させる半導体熱交換素子を使用した柔軟なシート状発熱体2と、該シート状発熱体2を断熱材3を介して屋根P裏面に固定保持するための折板屋根形状の保持部材4とによって構成されている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Reference numeral 1 shown in the drawing is an electrothermal snow melting device that melts snow on the roof P. Is formed in a folded-plate roof shape so as to be disposed on the back surface of the roof P of the folded-plate roof structure in which are alternately arranged. As shown in FIG. 1, the electrothermal snow melting device 1 includes a flexible sheet-
シート状発熱体2は、図3に示すように、シート状の半導体熱交換素子2Aの両面に、例えばポリイミド繊維等の不導電性で且つ熱伝導性に優れたシート状の保護材2Bをそれぞれ貼着し、さらにこの両面に、熱伝導性の良いアルミシート2Cをそれぞれ貼り合わせて形成されている。そしてシート状発熱体2の下面には、断熱材3を不図示の耐熱両面粘着テープを介して接着してある。
As shown in FIG. 3, the sheet-
保持部材4は、折板屋根構造の屋根P面形状に適合すべく金属板あるいはプラスチック板を折板屋根形状に折曲加工することで構成してある。この金属板あるいはプラスチック板による保持部材4は、保持部材4と折板屋根構造の屋根P裏面との間にシート状発熱体2および断熱材3を挟み込んだ後、当該保持部材4と屋根P裏面との合致された山部同士を例えばネジ5とナット6によって締結するか、あるいは不図示の固定金具等でもって屋根P裏面に添着するか等して固定してある。
The holding member 4 is configured by bending a metal plate or a plastic plate into a folded plate roof shape so as to conform to the roof P surface shape of the folded plate roof structure. The holding member 4 made of a metal plate or a plastic plate has the sheet-
また、図4に示すように、折板屋根構造の屋根Pは、その端部を下方へ折曲加工して尾垂れ部7を形成してあり、これにより水切りを良好にして、氷柱の発生を未然に防止するものとしてある。従来、この尾垂れ部7は、屋根Pの軒先端部に設けられているが、水上側端部にも設けることによってこの部分での氷柱の発生を効率良く防止することができる。
Moreover, as shown in FIG. 4, the roof P of the folded-plate roof structure is bent at the end to form a
次に、本発明に係る電熱式融雪装置1の組立方法について説明する。
先ず、屋根Pを、軒先の下方、上方、あるいはその両方へ尾垂れ加工する。また、シート状発熱体2を、ポリイミド繊維等の不導電性で且つ熱伝導性に優れた保護材2Bを介して半導体熱交換素子2Aの両面にアルミシート2Cをそれぞれ貼り合わせることによって形成する。
Next, a method for assembling the electrothermal snow melting device 1 according to the present invention will be described.
First, the roof P is tailed to the lower side, the upper side, or both of the eaves. Moreover, the sheet-
次に、図1に示すように、半導体熱交換素子2Aを使用した柔軟なシート状発熱体2に断熱材3を不図示の耐熱両面粘着テープを介して接着する。このシート状発熱体2を、断熱材3が下側に向くようにして根面P裏面側に熱伝導可能に添着配置させ、金属板あるいはプラスチック板を折板屋根形状に合致して折曲加工されて成る保持部材4を前記断熱材3を介して添着配置させ、ネジ5とナット6によって締結固定する。ネジ5とナット6の代りに、屋根P裏面側に、不図示の固定金具を介して、シート状発熱体2、断熱材3、保持部材4それぞれを固定しても良い。
Next, as shown in FIG. 1, the
次に、本発明に係る電熱式融雪装置1の設置方法について説明する。
先ず、図5(a)に基づいて、支柱10で支えられた積雪状態の傾斜した屋根Pにおける積雪Sの氷柱発生のメカニズムの概略を説明すると、当該屋根Pの軒先P1端部(水下側)では、ヒータH(従来品)で加熱された氷が溶け出し、軒樋8に入らなかった水が冷やされて再凍結することで氷柱S1が発生する。
Next, an installation method of the electrothermal snow melting device 1 according to the present invention will be described.
First, based on FIG. 5 (a), when describing the icicles outline of generation mechanism of snow S in sloping roofs P snow while being supported by
一方、屋根Pの上端部(水上側)では、溶けた氷が積雪Sに吸収され、その部分が凍り、ダムのように塞き止められ水が端から流れ出し再凍結することでこの部分でも氷柱S2が発生する。 On the other hand, at the upper end of the roof P (the water upper side), the melted ice is absorbed by the snow cover S, and the part freezes, and is blocked like a dam. S 2 is generated.
また、雪庇S3は、図5(b)に示したように、「風による着雪」、「雪のずり落ち」を原因として、屋根Pの水下側および水上側の各端部に発生する。 Further, cornice S 3, as shown in FIG. 5 (b), "snow accretion wind", as a cause to "slip down snow" occurs at each end of the water under side and water side of the roof P To do.
以上の点を勘案すると、氷柱S1、S2の防止には、屋根Pの端部を加熱すること、および水切りを良くすることが重要であり、一方、雪庇S3の防止には、屋根Pへの積雪Sを抑え、雪庇となる部分だけを融雪することが有効であると考えられる。 In consideration of the above points, the prevention of icicle S 1, S 2, heating the end portion of the roof P, and it is important to improve the drainage, whereas, in the prevention of cornice S 3, the roof It is considered effective to suppress the snow accumulation S on P and melt snow only on the part that becomes a snow ridge.
而して、図6に示す実施形態では、所定の長さと幅を有する複数枚(本実施形態では3枚)のシート状発熱体2を屋根Pの裏面に配設している。このとき、前記メカニズムに基づいてシート状発熱体2は、例えば1枚の狭幅発熱体21が傾斜した屋根Pの軒先P1ぎりぎりに配設され、その上方の屋根Pに設けられた複数の雨水落口9を隔てて2枚の広幅発熱体22A,22Bとが互いに並列に近接配置される。
Thus, in the embodiment shown in FIG. 6 , a plurality of (three in the present embodiment) sheet-
屋根Pに対して配置されるシート状発熱体2の数や寸法等は、屋根Pの大きさ、形状、設置場所の気候(気温、降雪量)等に応じて最良の効果が得られるよう適宜選定されるものである。したがって、前記実施形態に限定されるものでないことは勿論である。また、図示例のように屋根Pの軒先P1のみならず、水上側端部にも配置することができるのは既述のとおりである。
The number and size of the sheet-
P 屋根
P1 軒先
S 積雪
S1、S2 氷柱
S3 雪庇
1 熱式融雪装置
2 シート状発熱体
2A 半導体熱交換素子
2B 保護材
2C アルミシート
3 断熱材
4 保持部材
5 ネジ
6 ナット
7 尾垂れ部
8 軒樋
9 雨水落口
10 支柱
21 狭幅発熱体
22A、22B 広幅発熱体
H ヒータ
P Roof P 1 eaves edge S Snow cover S 1 , S 2 Ice pillar S 3 Snow plow 1 Thermal
Claims (8)
An electrothermal snow melting device formed entirely in a folded plate roof shape so as to be arranged on a folded plate roof structure roof in which mountain portions and valley portions are alternately arranged, and on the roof surface of the folded plate roof structure A flexible sheet-like heating element using a semiconductor heat exchange element attached so as to be thermally conductive, and a holding member for fixing and holding the sheet-like heating element from the outside to the roof surface via a heat insulating material The heat insulating material and the holding member are formed in substantially the same shape and the same size as the sheet-like heating element , and the holding member is a metal plate or plastic plate folded to fit the roof shape of the folded plate roof structure. The sheet-like heating element is formed by bending into a shape, and aluminum sheets are respectively provided on both sides of the semiconductor heat exchange element through a non-conductive and excellent thermal conductivity protective material such as polyimide fiber. Formed by bonding Electrothermal melting snow and wherein the.
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