JP4046735B2 - 高温熱媒体を用いた融雪装置 - Google Patents

Description

本発明は屋根や駐車場の融雪を行うために、発電効率５０〜６０％、全エネルギ−変換効率８０％と言われている高効率の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の排気ガスから、熱交換により発生させた高温熱媒体（高温水蒸気又は高温空気）を、屋根又は駐車場に取り付けた導管に通し、融雪を行う融雪装置に関するものである。

従来の屋根又は駐車場に取り付けた融雪装置は、発熱線に電気を通して発熱し、それにより融雪するもの、又は温水を通す導管を屋根に取り付けて、これに温水を通すことにより融雪するもの、更には発熱線と温水の両方を組み合わせたもの、等がある（特許文献１参照）。この特許文献１では、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いるもので、その実施例のところで７０℃前後の温度となることが記載されている。このように、温水や発熱線の温度が低いため、融雪不充分となる。

この改善策として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いて高温の排気ガスを発生させ、この排気ガスから熱交換により高温熱媒体をつくり、これにより融雪を行うようにした。
特開２００１−２６２８６８号公報

従来の屋根に取り付けた融雪装置は、発熱線に電気を通して発熱し、それにより融雪するもの、又は温水を通す導管を屋根に取り付けて、これに温水を通すことにより融雪するもの、等があるが、この従来の融雪装置には次の問題点がある。

屋根に取り付けた融雪装置を運転して、雪が少なくなったように見える状態の多くは、水分の多い雪に変わった状態で、雪が少なくなった訳ではない。その上に更に雪が降り積もれば、屋根への加重は大きなものになり、建物の倒壊などを引き起こす危険がある。

屋根の上の雪が低い温度で融かされると、その水が流れ落ちる時つららとなり、それが成長して落下する危険がある。

屋根に雪が積もった状態で、雪の下部だけが融け滑りやすい状態になると、雪の塊を雪崩状に落下させることになり危険である。

駐車場や玄関に、屋根と同じような融雪装置を取り付けているが、一度に大量の降雪があると、それを融かすのに時間がかかるので、手作業による除雪が必要になる。特に狭い敷地では、除雪の置き場に困ることになる。

融雪のために屋根に取り付けた、温水を通すための導管を全部一つに連結し、これに対応するように機器の大きさを決めている。屋根に取り付ける導管の長さは、かなり長くなるので融雪装置の機器の出力が大きくなる、それにより高価なものとなっている。もっと安価な融雪装置が開発されることが望まれている。なお、屋根に取り付けた導管を全部一つに連結すると温水の送り込み点とその末端では温度に差が生じ、末端の部分の雪が融けないで残る恐れがある。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、高温熱媒体（高温水蒸気又は高温空気）を用いることにより、融雪不充分により屋根への加重を大きくする危険や、つららや雪崩が起こる危険のない安全な融雪装置になり、駐車場や玄関においても融雪労力が大幅に軽減される。また、屋根や駐車場に取り付ける導管が標準以上の長さの場合は幾つかの部分に分け、その一つの部分が標準化した燃料電池、熱交換器の出力に対応するようにし、その導管の各部分に高温水蒸気又は高温空気を順次通すようにする。さらに一つの部分の導管の長さを適切な長さに標準化することにより導管の末端での温度が低くなり雪が融けないで残るようなことは無くなる。このように融雪装置を標準化して、設計，取り付け工事の簡便化を図ることが出来る。

上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明の融雪装置は、屋根又は駐車場に取り付けた導管に、高温の水蒸気又は高温の空気を通し融雪する、この高温の水蒸気又は高温の空気発生装置に、発電効率５０〜６０％、全エネルギ−変換効率８０％と言われている高効率の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用い、高温の排気ガスと電気を発生する、この高温の排気ガスから熱交換により作られた高温の水蒸気又は高温の空気を屋根又は駐車場に取り付けた導管に通し融雪に使用し、一方燃料電池より発生した電気は、融雪装置自体の運転操作に使用する、なお、この融雪装置は、屋根又は駐車場に取り付けた導管を幾つかに分け、その一つの導管の長さに対応した出力の、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）及び熱交換器で構成し、この融雪装置を用いて高温水蒸気又は高温空気を作り、屋根又は駐車場の幾つかに分けられた導管へ決められた順に切替えて高温水蒸気又は高温空気を送り、各導管で融雪を行うようにすれば、屋根又は駐車場の導管の長さが標準以上の場合でも融雪をすることが出来る、このように構成し、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）及び熱交換器を一種類に標準化して、設計、施工の簡便化を図ることを特徴としている。

屋根又は駐車場に設置する導管は1年を通して施設する場合が大半と思われるので、その外観が建物の美観を損ねないようにする。この屋根又は駐車場に設置する導管の中は高温の水蒸気又は高温の空気が通っており、屋根に導管が直接触れると屋根が傷むので断熱力のある導管支持物を導管に取り付ける、更にこの導管にカバーを取り付け、カバーの外側に人が触れても火傷しないようにする。“人が触れると危険”の旨を表示した表示板を人目に付き易いところに取り付ける。

高温空気を屋根又は駐車場に取り付けた導管に通して融雪する場合は、急に運転が停止して高温空気が導管内にあるまま冷却される様なことが起こっても、液体のような物に変形することは無く取り扱いが簡便である。導管内における錆びの発生が少ない等の特長がある。

また、請求項２記載の本発明の融雪装置は、請求項１記載の融雪装置において、融雪の運転を行っていないときは、高温の水蒸気又は高温の空気を貯湯槽の方に送って熱交換により温水を作製し、洗面所および風呂への温水供給に利用することを特徴としている。

屋根又は駐車場に設置する導管は１年を通して施設する場合が大半と思われるので、その外観が建物の美観を損ねないようにする。なお、この屋根又は駐車場に設置する導管の中は高温の水蒸気又は高温の空気が通っており、屋根に導管が直接触れると屋根が傷むので断熱力のある導管支持物を導管に取り付ける、更にこの導管にカバーを取り付け、カバーの外側に人が触れても火傷しないようにする。“人が触れると危険”の旨を表示した表示板を人目に付き易いところに取り付ける。

高温空気を屋根又は駐車場に取り付けた導管に通して融雪する場合は、急に運転が停止して高温空気が導管内にあるまま冷却される様なことが起こっても、液体のような物に変形することは無く取り扱いが簡便である。導管内における錆びの発生が少ない等の特長がある。

また、請求項３記載の発明は、積雪量を検知するための積雪検知器を、請求項１及び２のうち何れかに記載の融雪装置に取り付けることにより、運転開始時期の通報、又は運転の開始から終了までの操作を自動化することを特徴としている

本発明の融雪装置は、高温水蒸気又は高温空気を用いるので、屋根や駐車場の雪を短時間で完全に融雪できる利点がある。また、この融雪装置の機器の出力を一種類に標準化し、屋根または駐車場に設置して高温水蒸気又は高温空気を通す導管の長さもこれに対応した標準の長さに分けることにより、設計、施工を簡便化できる利点がある。

本発明の融雪装置は、その取り付ける地域により積雪量が異なり、融雪装置の運転時間も違ってくる、運転回数が多く長時間にわたり運転するような場合で融雪専用の融雪装置が望まれる場合。一方、積雪が少なく融雪のための運転が少ない場合は、融雪の他に洗面所および風呂への温水供給に使用することを望まれる場合。また融雪のための高温熱媒体には高温水蒸気と高温空気があるが、取り扱いの簡便なものを望まれる場合は高温空気が適している。以下、この様なことを考慮した実施例について、図面を参照しながら説明する。

図1、図６は、請求項１記載の発明の融雪装置に高温水蒸気を使用した実施例である。図１において、都市ガスに連結１により連結し、燃料電池の一種である固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２に都市ガスを供給する。この固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２は都市ガスと空気の反応により、電気と高温の排気ガスを発生する。この高温の排気ガスを、燃料電池の排気ガス用導管３により、熱交換器４に入れ高温の水蒸気を作成する、この高温水蒸気を高温水蒸気導管６に通して高温水蒸気送出装置７に送る。熱交換器４に取り付けた給水栓５は熱交換器に水を補給するために取り付けた水道の給水栓である。高温水蒸気送出装置７により屋根１２の上に設置された高温水蒸気導管６に高温水蒸気を通し、屋根１２の上の積雪の融雪を行う。一方固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２で発生した電気は、電気を送る導線１０により電気の配電盤１１に入り、そこから電気を送る導線１０により熱交換器４および高温水蒸気送出装置７に接続され、高温水蒸気送出の運転操作に使われる、図６は、融雪装置を構成する高温水蒸気送出装置１４（図６は高温空気送出装置となっているが、実施例１では、高温水蒸気送出装置と読み替える）と屋根１２に設置された高温水蒸気導管１３（図６は高温空気導管となっているが、実施例１では高温水蒸気導管と読み替える）の部分における実施例である、屋根１２に設置する導管は二つに分け、その一方の導管２０又は２１に送り込まれる高温水蒸気の量が固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２の出力に対応するようにし、分割した一方の導管２０に高温水蒸気を送るため、制御用自動弁２２，２５を開き、制御用自動弁２３，２４を閉じて、制御用電動送出器１９を動かす、少し時間を置いてから、分割した他方の導管２１に高温水蒸気を送るため、制御用自動弁２２，２５を閉じ、制御用自動弁２３，２４を開いて、制御用電動送出器１９を動かす，また、少し時間を置いてから、分割した一方の導管２０に高温水蒸気を送るため、上述のように制御用自動弁、制御用電動送出機を操作する、このように分割した導管に順に高温水蒸気を送る動作を繰りかいす、このようにすれば、屋根の導管の長さが標準以上の場合でも融雪をすることが出来る。

融雪の運転停止のとき、導管内に水蒸気を残したまま停止すると水に変わり凍結が起こるので、運転停止のときは熱交換器からの水蒸気の送出しが中止した後も、しばらく高温水蒸気送出装置７を運転して導管内に空気を送り、導管内から水蒸気を追い出す。

屋根に設置する導管は1年を通して施設する場合が大半と思われるので、その外観が建物の美観を損ねないようにする。この屋根に設置する導管の中は高温の水蒸気が通っており、屋根に導管が直接触れると屋根が傷むので断熱力のある導管支持物を導管に取り付ける。更にこの導管にカバーを取り付け、カバーの外側に人が触れても火傷しないようにする。“人が触れると危険”の旨を表示した表示板を人目に付き易いところに取り付ける。

屋根の融雪について説明したが、駐車場についてもこれに準ずる。

図２、図６は請求項１記載の発明の融雪装置に高温空気を使用した実施例である。図２において、都市ガスに連結１により連結し、燃料電池の一種である固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２に都市ガスを供給する。この固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２は都市ガスと空気の反応により、電気と高温の排気ガスを発生する。この高温の排気ガスを、燃料電池の排気ガス用導管３により、熱交換器４に入れ高温の空気を作成する、この高温空気を高温空気導管１３により高温空気送出装置１４に送る。高温空気送出装置１４により屋根１２の上に設置された高温空気導管１３に高温空気を通し、屋根１２の上の積雪の融雪を行う。一方固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２で発生した電気は、電気を送る導線１０により電気の配電盤１１に入り、そこから電気を送る導線１０により熱交換器４および高温空気送出装置１４に接続され、高温空気送出の運転操作に使われる。図６は、融雪装置を構成する高温空気送出装置１４と屋根１２に設置された高温空気導管１３の部分における実施例である、屋根１２に設置する導管は二つに分け、その一方の導管２０又は２１に送り込まれる高温空気の量が固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２の出力に対応するようにし、分割した一方の導管２０に高温空気を送るため、制御用自動弁２２，２５を開き、制御用自動弁２３，２４を閉じて、制御用電動送出器１９を動かす、少し時間を置いてから、分割した他方の導管２１に高温空気を送るため、制御用自動弁２２，２５を閉じ、制御用自動弁２３，２４を開いて、制御用電動送出器１９を動かす，また、少し時間を置いてから、分割した一方の導管２０に高温空気を送るため、上述のように制御用自動弁、制御用電動送出機を操作する、このように分割した導管に順に高温空気を送る動作を繰りかいす、このようにすれば、屋根の導管の長さが標準以上の場合でも融雪をすることが出来る。

屋根に設置する導管は１年を通して施設する場合が大半と思われるので、その外観が建物の美観を損ねないようにする。この屋根に設置する導管の中は高温の空気が通っており、屋根に導管が直接触れると屋根が傷むので断熱力のある導管支持物を導管に取り付ける。更にこの導管にカバーを取り付け、カバーの外側に人が触れても火傷しないようにする。“人が触れると危険”の旨を表示した表示板を人目に付き易いところに取り付ける。

高温空気を屋根に取り付けた導管に通して融雪しているとき、急に運転が停止して高温空気が導管内にあるまま冷却される様なことが起こっても、液体のような物に変形することは無く取り扱いが簡便である。導管内における錆びの発生が少ない等の特長がある。

屋根の融雪について説明したが、駐車場についてもこれに準ずる。

図３、図６は請求項２記載の発明の融雪装置に高温水蒸気を使用した実施例である。図３において都市ガスに連結１により連結し、燃料電池の一種である固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２に都市ガスを供給する。この固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２は都市ガスと空気の反応により、電気と高温の排気ガスを発生する。この高温の排気ガスを、燃料電池の排気ガス用導管３により、熱交換器４に入れ高温の水蒸気を作成する、この高温水蒸気を高温水蒸気導管６に通して高温水蒸気送出装置７に送る。熱交換器４に取り付けた給水栓５は熱交換器に水を補給するために取り付けた水道の給水栓である。高温水蒸気送出装置７により屋根１２の上に設置された高温水蒸気導管６に高温水蒸気を通し、屋根１２の上の積雪の融雪を行う。この融雪の運転を行っていないときは高温水蒸気送出装置７により高温水蒸気を高温水蒸気導管６により貯湯槽８内の熱交換器へ送る。貯湯槽８には水を補給するための給水栓５と洗面所および風呂へ温水を供給するための温水供給栓９がついている、この温水供給栓９から設定された温度の温水が供給される。一方固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２で発生した電気は、電気を送る導線１０により電気の配電盤１１にいり、そこから電気を送る導線10により熱交換器４高温水蒸気送出装置７および貯湯槽８に接続され、高温水蒸気送出の運転操作に使われる。図６は、融雪装置を構成する高温水蒸気送出装置１４（図６は高温空気送出装置となっているが、実施例３では、高温水蒸気送出装置と読み替える）と屋根１２に設置された高温水蒸気導管１３（図６は高温空気導管となっているが、実施例３では高温水蒸気導管と読み替える）の部分における実施例である、屋根１２に設置する導管は二つに分け、その一方の導管２０又は２１に送り込まれる高温水蒸気の量が固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２の出力に対応するようにし、分割した一方の導管２０に高温水蒸気を送るため、制御用自動弁２２，２５を開き、制御用自動弁２３，２４を閉じて、制御用電動送出器１９を動かす、少し時間を置いてから、分割した他方の導管２１に高温水蒸気を送るため、制御用自動弁２２，２５を閉じ、制御用自動弁２３，２４を開いて、制御用電動送出器１９を動かす，また、少し時間を置いてから、分割した一方の導管２０に高温水蒸気を送るため、上述のように制御用自動弁、制御用電動送出機を操作する、このように分割した導管に順に高温水蒸気を送る動作を繰りかいす、このようにすれば、屋根の導管の長さが標準以上の場合でも融雪をすることが出来る。

融雪の運転停止のとき、導管内に水蒸気を残したまま停止すると水に変わり凍結が起こるので、運転停止のときは熱交換器からの水蒸気の送出しが中止した後も、しばらく高温水蒸気送出装置７を運転して導管内に空気を送り、導管内から水蒸気を追い出す。

屋根に設置する導管は1年を通して施設する場合が大半と思われるので、その外観が建物の美観を損ねないようにする。この屋根に設置する導管の中は高温の水蒸気が通っており、屋根に導管が直接触れると屋根が傷むので断熱力のある導管支持物を導管に取り付ける、更にこの導管にカバーを取り付け、カバーの外側に人が触れても火傷しないようにする。“人が触れると危険”の旨を表示した表示板を人目に付き易いところに取り付ける。

屋根の融雪について説明したが、駐車場についてもこれに準ずる。

図4、図６は請求項２記載の発明の融雪装置に高温空気を使用した実施例である。図４において都市ガスに連結１により連結し、燃料電池の一種である固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２に都市ガスを供給する。この固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２は都市ガスと空気の反応により、電気と高温の排気ガスを発生する。この高温の排気ガスを、燃料電池の排気ガス用導管３により、熱交換器４に入れ高温の空気を作成する、この高温空気を高温空気導管１３により高温空気送出装置１４に送る。高温空気送出装置１４により屋根１２の上に設置された高温空気導管１３に高温空気を通し屋根１２の上の積雪の融雪を行う。この融雪の運転を行っていないときは高温空気送出装置１４により高温空気を高温空気導管１３により貯湯槽８内の熱交換器へ送る、貯湯槽８には水を補給するための給水栓５と洗面所および風呂へ温水を供給するための温水供給栓９がついている、この温水供給栓９から設定された温度の温水が供給される。一方固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２で発生した電気は、電気を送る導線１０により電気の配電盤１１に入り、そこから電気を送る導線１０により熱交換器４高温空気送出装置１４および貯湯槽８に接続され、高温空気送出の運転操作に使われる。図６は、融雪装置を構成する高温空気送出装置１４と屋根１２に設置された高温空気導管１３の部分における実施例である、屋根１２に設置する導管は二つに分け、その一方の導管２０又は２１に送り込まれる高温空気の量が固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２の出力に対応するようにし、分割した一方の導管２０に高温空気を送るため、制御用自動弁２２，２５を開き、制御用自動弁２３，２４を閉じて、制御用電動送出器１９を動かす、少し時間を置いてから、分割した他方の導管２１に高温空気を送るため、制御用自動弁２２，２５を閉じ、制御用自動弁２３，２４を開いて、制御用電動送出器１９を動かす，また、少し時間を置いてから、分割した一方の導管２０に高温空気を送るため、上述のように制御用自動弁、制御用電動送出機を操作する、このように分割した導管に順に高温空気を送る動作を繰りかいす、このようにすれば、屋根の導管の長さが標準以上の場合でも融雪をすることが出来る。

屋根に設置する導管は1年を通して施設する場合が大半と思われるので、その外観が建物の美観を損ねないようにする。この屋根に設置する導管の中は高温の空気が通っており、屋根に導管が直接触れると屋根が傷むので断熱力のある導管支持物を導管に取り付ける。更にこの導管にカバーを取り付け、カバーの外側に人が触れても火傷しないようにする。“人が触れると危険”の旨を表示した表示板を人目に付き易いところに取り付ける。

高温空気を屋根に取り付けた導管に通して融雪しているとき、急に運転が停止して高温空気が導管内にあるまま冷却される様なことが起こっても、液体のような物に変形することは無く取り扱いが簡便である。導管内における錆びの発生が少ない特長がある。

屋根の融雪について説明したが、駐車場についてもこれに準ずる。

図５は請求項３記載の発明の、積雪検知器の取り付けを、実施例４に記載した融雪装置に取り付けた実施例である。（実施例１、２及び３のうち何れかに記載した融雪装置に積雪検知器を取り付ける場合は、この実施例４の場合に準ずる。）屋根１２の積雪状況を積雪検出部１５により検知して信号線１７により、積雪表示・制御器１６に信号を伝える。積雪表示・制御器１６は組み込まれたプログラムにより、積雪が定められた高さとなったとき融雪運転開始の表示や融雪運転の指示を固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２、熱交換器４、高温空気送出装置１４及び貯湯槽８に制御線１８により行なう。なお、積雪表示・制御器への電源は電気の配電盤１１から電気を送る導線１０により供給される。このようにして融雪が行なわれ積雪がなくなれば、積雪検出部１５により積雪なしを検知して信号線１７により、積雪表示・制御器１６に信号を伝える。積雪表示・制御器１６は組み込まれたプログラムにより、融雪運転終了の表示や融雪運転の停止を固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２、熱交換器４、高温空気送出装置１４及び貯湯槽８に制御線１８により行なう。

融雪運転開始の指示のときに、貯湯槽に高温空気を送る運転がなされていたとき、融雪運転をしばらく待つか、貯湯槽の運転を中止して融雪運転を優先するかは、積雪表示・制御器１６に組み込まれたプログラムに設定する。

屋根の融雪について説明したが駐車場についてもこれに準ずる。

実施例1の融雪装置の構成図 実施例2の融雪装置の構成図 実施例3の融雪装置の構成図 実施例4の融雪装置の構成図 実施例５の積雪検知器の取り付け図 高温空気送出装置と導管の構成図

符号の説明

１ 都市ガスに連結
２ 固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）
３ 燃料電池の排気ガス用導管
４ 熱交換器
５ 給水栓
６ 高温水蒸気導管
７ 高温水蒸気送出装置
８ 貯湯槽
９ 温水供給栓
１０ 電気を送る導線
１１ 電気の配電盤
１２ 屋根
１３ 高温空気導管
１４ 高温空気送出装置
１５ 積雪検出部
１６ 積雪表示・制御器
１７ 信号線
１８ 制御線
１９ 制御用電動送出機
２０ 分割した一方の導管
２１ 分割した他方の導管
２２ 制御用自動弁（分割した一方の導管への送出用）
２３ 制御用自動弁（分割した他方の導管への送出用）
２４ 制御用自動弁（分割した他方の導管の回収用）
２５ 制御用自動弁（分割した一方の導管の回収用）

Claims (3)

1. 屋根又は駐車場の融雪装置において、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）によって高温の水蒸気又は高温の空気発生装置を構成するにあたり、当該固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）から発生する高温の排気ガスと電気のうち、高温の排気ガスは熱交換により高温の水蒸気又は高温の空気を作り、これを屋根又は駐車場に取り付けた導管に通して融雪に使用し、上記電気は融雪装置自体の運転操作に使用し、また該融雪装置は、屋根又は駐車場に取り付けた導管を幾つかに分け、その一つの導管の長さに対応した出力の、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）及び熱交換器で構成し、この融雪装置を用いて高温水蒸気又は高温空気を作り、屋根又は駐車場の幾つかに分けられた導管へ、該導管に対応する制御用自動弁で操作し切替えて高温水蒸気又は高温空気を送り、各導管で融雪を行うようにすれば、屋根又は駐車場の導管の長さが標準以上の場合でも融雪をすることが出来、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）及び熱交換器を一種類に標準化して、設計、施工の簡便化を図ることを特徴とする融雪装置。
2. 請求項１記載の融雪装置において、融雪の運転を行っていないときは、高温の水蒸気又は高温の空気を貯湯槽の方に送って熱交換により温水を作製し、洗面所および風呂への温水供給に利用することを特徴とする融雪装置。
3. 積雪量を検知するための積雪検知器を、請求項１及び２のうち何れかに記載の融雪装置に取り付けることにより運転開始時期の通報、又は運転の開始から終了までの操作を自動化することを特徴とした融雪装置。

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