JP4324224B2 - 屋根や庇の融雪構造及び融雪装置 - Google Patents

Description

本発明は、屋根や雁木等の庇に積もった雪を融かして除去する屋根や庇の融雪構造及び融雪装置に関するものである。

寒冷地における多量の積雪が社会生活に大きな影響を及ぼすことは周知の通りであり、例えば屋根に積もった雪は家屋の倒壊の原因になるため、積雪量がある程度以上になると雪降ろしを行う必要がある。雪降ろしはそのほとんどを人力に頼る作業であり多大な時間と重労働を強いられ、さらに危険を伴う作業なので、高齢者世帯の増加に伴い大きな問題となっている。
また、雪降ろしをしなくて済むように、固く締まった屋根雪を自重で自然に落下させるため屋根の勾配を大きくした家屋もある。しかし、道路を通行する人や車にとって、屋根から勢い良く落下する雪の塊は、歩行や走行の妨げになるだけでなく怪我等を引き起こす危険物となる。
このような問題を解消するため、雪降ろしを行うことなく屋根の積雪を融かして除去する融雪装置が提案されている。
従来の技術としては、（特許文献１）に「屋根面上に適宜の間隔を設けてブラケットを突出させ、これらのブラケット上に屋根面板と隙間を設けてヒートパイプからなる発熱体を支持固定し、これらの発熱体を屋根の軒側部分に屋根勾配に沿って配設した屋根の融雪装置」が開示されている。
（特許文献２）には「屋根面上に分散して据付けたヒートパイプ群と、各ヒートパイプ相互間を連通して蒸発部を構成する蒸気ヘッダ管と、蒸気ヘッダ管内に配管された熱媒体供給用の熱媒循環管路と、熱媒循環管路内に介装した熱媒加熱手段及び熱媒送流手段と、を備えたヒートパイプ式融雪装置」が開示されている。
（特許文献３）には「屋根材の裏面に温水パイプを配設し温水を循環させて屋根の融雪を行う屋根の温水融雪装置」が開示されている。
特公平２−４８７１１号公報 実公平３−５０８６７号公報 実開平６−４３１６６号公報

しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、屋根の軒側にヒートパイプからなる発熱体（３）が固定されているので、屋根に積もった雪で軒側部分に形成される雪の堤のうち、発熱体の周囲の雪だけが融けて軒先まで貫通する雪洞（１０）が形成される。このため、堤の個所にたまる融雪水を軒下まで雪洞（１０）を通して流下させることができるので、融雪水が棟側へと逆流して生じる「すがもり」と呼ばれる漏水を防止できる。しかし、雪洞（１０）の周囲の雪は、いわゆる「かまくら」の雪室の状態になるため融かすことができず、大雪が降ると堤の上にさらに雪が堆積して積雪量が多くなり締め固められ、結局は雪降ろしを行わなければならないという課題を有していた。
（２）（特許文献２）に開示の技術も、屋根勾配に沿って配設されたヒートパイプ（３）で周囲の雪が融かされ雪洞が形成され、雪洞の中を融雪水が流れてしまうため、ヒートパイプ（３）や蒸気ヘッダ（４）から離れた屋根面の積雪は融かすことができず、大雪が降るとさらに雪が堆積して積雪量が多くなり、結局は雪降ろしを行わなければならないという課題を有していた。
（３）（特許文献３）に開示の技術は、屋根材の裏面全体に温水パイプを配設させるため、温水パイプの経路が長くなり管摩擦抵抗が大きくなるので、出力の大きな温水循環ポンプが必要になりポンプを駆動させるのに多大なエネルギーを要しランニングコストが増加するという課題を有していた。
（４）また、温水パイプの経路が長いので温水パイプの下流側の温水の温度が低下し、下流側付近では融雪できなくなるという課題を有していた。
（５）（特許文献１）乃至（特許文献３）に開示の技術では、ヒートパイプの周囲の温度だけが高くなったり温水パイプの上流側と下流側で温度差が生じたりするので、屋根の表面に温度斑が生じ、一晩で数十センチ以上もの大量の降雪があった場合等には融雪できなくなるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、締め固まる前の柔らかな状態のうちに融かして屋根や庇から滑落させることができ、歩行や走行の妨げになったり怪我等をさせたりすることもなく安全に全面の屋根雪を斑なく除去することができ除雪性に著しく優れる屋根や庇の融雪構造を提供することを目的とする。
また、本発明は、温度斑が小さく設置面の雪を斑なく除去することができるとともに、省エネルギー性に優れランニングコストの小さな融雪装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明の屋根や庇の融雪構造及び融雪装置は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の屋根や庇の融雪構造は、屋根や庇に配置されたヒートパイプを備えた屋根や庇の融雪構造であって、前記ヒートパイプが、熱源管が添設若しくは貫設され間隔をあけて配設された２本のヘッダ管と、各々の両端部が前記ヘッダ管の各々に連通し前記ヘッダ管から分岐して複数の略平行に配設され屋根や庇の勾配方向と略直交して配置されたヒートパイプ枝管と、前記熱源管の端部間に接続された接続管と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）ヘッダ管と、ヘッダ管から分岐した複数のヒートパイプ枝管と、を備えたヒートパイプを配置しているので、熱源管に熱媒体を流してヘッダ管に熱を伝えると、ヘッダ管内の作動流体が蒸発し多量の蒸発の潜熱を熱源管から吸収する。蒸発した蒸気はヒートパイプ枝管の各々で凝縮し凝縮熱を放出する。ヘッダ管とヒートパイプ枝管の各々との間に生じた蒸気の圧力勾配によって、ヘッダ管から分岐した各々のヒートパイプ枝管に短時間で熱が運ばれるので、ヘッダ管とヒートパイプ枝管との温度差をほとんど無くすことができる。
（２）複数の略平行に配設されたヒートパイプ枝管が、屋根や庇の勾配方向と略直交して配置されているので、始めに、温度の高いヒートパイプ枝管とヘッダ管の上の屋根面に積もった雪が融かされ、融雪水は屋根勾配に沿って屋根面を流れるので、ヒートパイプ枝管の間の屋根面に積もった雪の下面が融雪水によって融かされる。ヒートパイプ枝管とヘッダ管の上の屋根雪は早く融けるので、屋根雪はヒートパイプ枝管とヘッダ管で切り出されたような四角形状の複数のブロック状に分割される。そして、屋根雪を重力に逆らって上部で支えていた引張力が切れて各ブロックが自由になり、それぞれが滑り出して滑落するので、屋根雪を除去することができる。なお、屋根に降った雪は積もると直ちに融かされてブロック状に分割され、締め固まる前に屋根から滑落していくため、屋根から落下する雪は通常の降雪と大差ない程度の柔らかさなので、人の歩行や車の走行の妨げになることはなく人に怪我等をさせるおそれもない。
（３）複数のヒートパイプ枝管を、屋根や庇の設置面を広くカバーするようにヘッダ管から分岐させているので、ヘッダ管の長さが短くても屋根や庇の広い面積をヒートパイプ枝管で加温できるため、ヘッダ管を短くすることができる。このため、ヘッダ管に貫設又は添設された熱源管の長さも短くすることができ、屋根に配設される熱源管の経路が短くなり管摩擦抵抗が小さくなるので、熱媒体を送るポンプは出力の小さなもので済み、ポンプの駆動はわずかなエネルギーで済みランニングコストを低下させることができる。
（４）ヒートパイプ内の凝縮した作動流体は重力でヘッダ管の軒側に流下し易いため、まず一方のヘッダ管の軒側を熱媒体で加熱することで、熱媒体の保有する熱が一方のヘッダ管に与えられてヘッダ管内の作動流体がヒートパイプ枝管及び他方のヘッダ管に向かって蒸発するようになる。ヒートパイプ枝管の各々の両端部が、２本のヘッダ管の各々に連通しているので、ヘッダ管の熱源管に熱媒体を流してヘッダ管に熱を伝えると、ヘッダ管内の作動流体の蒸発とヒートパイプ枝管での凝縮に伴う潜熱の授受により熱を放出するが、この熱の授受が２本のヘッダ管の各々で行われるので、ヒートパイプの温度斑をさらに少なくすることができ、屋根面に面した雪をさらに斑なく融かすことができる。

ここで、ヒートパイプとしては、略平行に配設した複数のヒートパイプ枝管の片側にヘッダ管を配設したもの、ヘッダ部を中心に左右にヒートパイプ枝管を配設したもの、ヒートパイプ枝管の両側にヘッダ管を配設したもの等を用いることができる。
ヘッダ管やヒートパイプ枝管の内壁の全部又は一部に所定の厚さや深さを有するウィックを設けることができる。ウィックとしては、焼結金属，金網，金属繊維，ガラス繊維，多数の細い溝等が用いられる。ウィックを設けることで、ヘッダ管がヒートパイプ枝管より高い位置に配置された場合でも、ヒートパイプ枝管で凝縮した作動流体を、毛細管現象を利用してヘッダ管まで戻して蒸発させることができドライアウトが発生するのを防止できる。

ヘッダ管やヒートパイプ枝管は、屋根面への伝熱面積を広げるため、上面が平らになるように、ヘッダ管やヒートパイプ枝管の長手方向に直交する断面を略方形状、略矩形状、略三角状、略長円状、略半円状に形成するのが好ましい。なお、断面が略円形状のヘッダ管やヒートパイプ枝管を用いる場合は、上面に平板を溶接等で固着すれば、上面が平らなヘッダ管やヒートパイプ枝管を用いる場合と同様に、屋根面への伝熱面積を広げることができる。

ヘッダ管やヒートパイプ枝管の材質としては、銅製，ステンレス製，アルミニウム製，マグネシウム製，チタン製等の金属製等が用いられる。
ヒートパイプには、ＨＣＦＣ−１４１ｂや１４２ｂのＨＣＦＣ系溶剤，ＨＦＣ１３４ａ等の−３０℃前後まで凍結しない不凍性の作動流体が封入されている。

熱源管の材質としては、銅製，ステンレス製，アルミニウム製，マグネシウム製，チタン製等の金属製等が用いられる。
熱源管に導入してヘッダ管を加熱する熱媒体としては、地中熱で加温されて年間を通してほぼ一定の水温に保たれた井戸水，温泉水，地下水等を用いることができる。また、河川水、工場や家庭からの排水も用いることができる。また、地中熱や排水等で加温された不凍液等も用いることができる。これらの地中熱や排水等の排熱を利用した熱媒体を熱源管に導入することで、熱媒体を加温するボイラ等の熱源が不要になるので、ランニングコストを低減させることができる。
熱源管はヘッダ管に貫設又は添設させるが、貫設させるのが好ましい。ヘッダ管に熱源管を貫設させた場合、熱媒体の熱は、熱源管の壁面を通してヒートパイプの作動流体に伝えられるが、ヘッダ管に熱源管を添設させた場合は、熱源管の壁面とヘッダ管の壁面とを通してヒートパイプの作動流体に伝熱されるので、損失が生じるからである。

ヒートパイプ枝管は屋根や庇の勾配方向と略直交して、屋根の勾配方向に対し６０〜９０°好ましくは７０〜９０°の角度で交わるように配置される。配置の角度が７０°小さくなるにつれ、ヒートパイプ枝管の上の屋根雪の融雪水は、屋根面をヒートパイプ枝管に沿って流れ易くなり、ヒートパイプ枝管の周囲の雪だけが融けて軒先まで貫通する雪洞が形成され、雪洞の周囲の雪は屋根の上に残り雪が次々に堆積して締め固められ除雪できなくなる傾向がみられる。角度が６０°より小さくなると、この傾向が著しくなるため特に好ましくない。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の屋根や庇の融雪構造であって、前記ヘッダ管及び前記ヒートパイプ枝管の長手方向に直交する断面が略矩形状、略方形状、略三角状、略長円状、略半円状の内のいずれかに形成され上面が平坦で幅広に形成された構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）ヘッダ管及びヒートパイプ枝管の断面が略矩形状、略方形状、略三角状、略長円状、略半円状の内のいずれかに形成され上面（伝熱面）が平坦で幅広に形成されているので、ヘッダ管とヒートパイプ枝管の遠赤外線放射板との伝熱面を大きくすることができ、屋根面との熱伝達効率を高めることができる。

ここで、ヘッダ管及びヒートパイプ枝管の長手方向に直交する断面を略矩形状又は略方形状にすると、ヘッダ管とヒートパイプ枝管の外周の４面を平らにすることができるので、ヒートパイプの熱を伝えるアルミニウム製等で形成された熱分散部材をヒートパイプ枝管の間に嵌め込む場合、熱分散部材の側面とヒートパイプ枝管の側壁とを面接触させて接触面積を広くすることができ、熱分散部材との熱交換効率を高めることができる。また、ヘッダ管及びヒートパイプ枝管の底面も平らに形成されるので、屋根面板、野路板、瓦棒等の上に安定に設置することができ施工性に優れ好ましい。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の屋根や庇の融雪構造であって、上面が前記ヒートパイプ枝管及び前記ヘッダ管の上面と面一乃至はわずかに低く形成され、前記ヒートパイプ枝管の間に配設された熱分散部材を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）上面がヒートパイプ枝管及びヘッダ管の上面と面一乃至はわずかに低く形成され、ヒートパイプ枝管の間に熱分散部材が配設されているので、ヒートパイプ枝管及びヘッダ管を介して熱分散部材の上面全体で屋根面へ確実に熱伝達させることができる。
（２）熱分散部材の側面とヒートパイプ枝管やヘッダ管の側壁とを接触させ、ヒートパイプの熱を熱分散部材に伝えて放熱面積を広くすることができ、屋根面の温度斑を小さくすることができる。
（３）ヒートパイプ枝管及びヘッダ管の上面と熱分散部材の上面とが略面一に形成されるので、ヒートパイプと熱分散部材とを面状のパネルのように取り扱うことができ、屋根面をヒートパイプと熱分散部材の全面で支持できるので、雪の重みで屋根面が変形したり割れたりするのを防止できる。

ここで、熱分散部材としては、銅製，ステンレス製，アルミニウム製，マグネシウム製，チタン製等の金属製、モルタル，コンクリート等の無機材料製等で形成されたものが用いられる。特に、銅製，ステンレス製，アルミニウム製，マグネシウム製，チタン製等の金属製で形成されたものが、熱伝導率が大きく好適である。

熱分散部材は、上面がヒートパイプ枝管及びヘッダ管の上面と面一乃至はわずかに低く形成されるが、具体的には、熱分散部材の上面の高さとヒートパイプ枝管及びヘッダ管の上面の高さとの差は、０〜１ｍｍ好ましくは０〜０．５ｍｍであるのが好適である。高さの差が０．５ｍｍより大きくなるにつれ、ヒートパイプ枝管及びヘッダ管と熱分散部材の段差のために雪の重みで屋根面がヒートパイプ枝管やヘッダ管のエッジ部分で変形したり穴が開き易くなる傾向がみられる。１ｍｍより大きくなるとこの傾向が著しくなるため、特に好ましくない。

本発明の請求項４に記載の融雪装置は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載の屋根や庇の融雪構造で用いる融雪装置であって、前記ヒートパイプと、前記熱源管に接続され地盤中に形成した孔部から集熱した不凍液を循環させるループ配管と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）年間を通じて約１５〜１７℃前後と安定した温度の地中熱で不凍液を１３℃程度に加温し、この不凍液を熱源管に循環させるので、ヒートパイプや屋根面を２℃程度に加温して融雪に利用でき、熱媒体の不凍液を加熱するための特別なエネルギーを必要とせず安全で省エネルギー性に優れる。
（２）不凍液を循環させるポンプが停止した場合でも、不凍液が熱源管等の内部で凍結するのを防止することができる。

ここで、地盤中に形成した孔部から集熱するには種々の地中採熱素子を用いることができ、例えば、地下１０〜５０ｍ程度まで打ち込んだケーシング内に熱媒体を満たしたパイプを配設したボアホールや、螺旋状等のパイプ等で形成された地中熱交換器を用いることができる。ボアホールは二重管タイプ、Ｕ字管タイプ等のいずれも用いることができる。
ボアホール内のパイプや地中熱交換器と熱源管とを、断熱材で被覆された輸送管で接続しループ配管を形成する。不凍液は、ボアホールや地中熱交換器のパイプ内、輸送管内、熱源管内のループ配管内を満たしてとぎれることがないようにしておく。これにより、ループ配管に簡単なポンプを配設すれば、少ない揚程で不凍液を容易にボアホールから屋根まで上げることができる。

熱源管には熱媒体として、エチレングリコール，プロピレングリコール，酢酸カリウム水溶液等の不凍液が循環される。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の融雪装置であって、前記ループ配管に密閉式の膨張タンクが接続された構成を有している。
この構成により、請求項４で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）膨張タンクがループ配管内に充填された不凍液の熱膨張・収縮に伴う容積変化を緩衝するので、ループ配管内が不凍液で満たされるため、簡単なポンプを配設して少ない揚程で不凍液を屋根まで上げることができる。

以上のように、本発明の屋根や庇の融雪構造及び融雪装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）わずかな温度差があればヘッダ管からヒートパイプ枝管へ多量の熱を短時間で運ぶことができ、ヘッダ管とヒートパイプ枝管との温度差をほとんどゼロにすることができ、温度斑がほとんど生じない屋根や庇の融雪構造を提供することができる。
（２）屋根等に降った雪は、積もると直ちにヒートパイプ枝管とヘッダ管の熱で融かされてブロック状に分割され、締め固まる前の柔らかな状態のうちに屋根から滑落していくため、歩行や走行の妨げになったり怪我等をさせたりすることもなく安全に屋根雪を滑落させて除去することができる除雪性に著しく優れた屋根や庇の融雪構造を提供することができる。
（３）ヘッダ管から複数のヒートパイプ枝管を分岐させているので、ヘッダ管に貫設又は添設された熱源管の長さも短くすることができ、屋根に配設される熱源管の経路が短くなり管摩擦抵抗が小さくなるので、熱媒体を送るポンプは出力の小さなもので済み、ポンプの駆動はわずかなエネルギーで済みランニングコストの小さな屋根や庇の融雪構造を提供することができる。
（４）ヒートパイプの温度斑をさらに少なくすることができ、屋根面に面した雪を斑なく融かすことができる融雪斑の少ない屋根や庇の融雪構造を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）伝熱面積を大きくすることができ、熱交換効率に優れた屋根や庇の融雪構造を提供することができる。
（２）屋根面板、野路板、瓦棒等の上に安定に設置することができ施工性に優れた屋根や庇の融雪構造を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）ヒートパイプ枝管及びヘッダ管から屋根面へ確実に熱伝達させることができ融雪斑の少ない屋根や庇の融雪構造を提供することができる。
（２）熱分散部材の側面とヒートパイプ枝管やヘッダ管の側壁とを接触させて放熱面積を広くすることができ、屋根面の温度斑を小さくすることができ融雪斑の少ない屋根や庇の融雪構造を提供することができる。
（３）ヒートパイプと熱分散部材とを面状のパネルのように取り扱うことができ、屋根面をヒートパイプと熱分散部材の全面で支持できるので、雪の重みで屋根面が変形したり穴が開き易くなるのを防止し耐久性に優れた屋根や庇の融雪構造を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、
（１）熱媒体を加熱するための特別なエネルギーを必要とせず安全で省エネルギー性に優れた融雪装置を提供することができる。
（２）不凍液を循環させるポンプが停止する不測の事態が発生した場合でも、不凍液が熱源管等の内部で凍結するのを防止することができ、不凍液を再循環させれば直ぐに融雪を再開することができるメンテナンス性に優れた融雪装置を提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加え、
（１）膨張タンクがループ配管内に充填された不凍液の熱膨張・収縮に伴う容積変化を緩衝するので、ループ配管内が不凍液で満たされるため、簡単なポンプを配設して少ない揚程で不凍液を屋根まで上げることができる融雪装置を提供することができる。

実施の形態１における融雪装置を家屋の屋根に設置した融雪構造を示す一部破断斜視図 実施の形態１における融雪装置のヒートパイプの平面図 実施の形態１における融雪装置を設置した屋根を垂直方向に切断した屋根の融雪構造の要部断面図 図３のＡ−Ａ線における要部断面端面図 （ａ）変形例の熱分散部材の模式斜視図 （ｂ）変形例の熱分散部材の要部断面図 実施の形態２における融雪装置のヒートパイプの平面図 実施の形態３における融雪装置のヒートパイプの平面図 実施の形態４における融雪装置のヒートパイプを家屋の屋根に設置した融雪構造の屋根材を除いた状態を示す模式斜視図

１ 融雪装置
２，２ａ，２ｃ，２ｄ ヒートパイプ
３，３ａ，３ｂ ヘッダ管
４ ヒートパイプ枝管
５ 熱源管
６ 接続管
７ 継手
８ 連結管
１０ ボアホール
１１ ケーシング
１２ パイプ
１３ 輸送管
１４ ポンプ
１５ 分岐管
１６ 膨張タンク
２０，２０ａ 家屋
２１ 屋根
２２ 垂木
２３ 野路板
２４ 広小舞
２６ 下地材
２７ 鼻隠
２８，２８ａ 熱分散部材
２８ｂ 断熱材
２９ 屋根材

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における融雪装置を家屋の屋根に設置した屋根の融雪構造を示す一部破断斜視図であり、図２は実施の形態１における融雪装置のヒートパイプの平面図であり、図３は実施の形態１における融雪装置を設置した屋根を垂直方向に切断した屋根の融雪構造の要部断面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線における要部断面端面図であり、図５（ａ）は熱分散部材の変形例の模式斜視図であり、（ｂ）は変形例の熱分散部材の要部断面図である。
図１において、１は家屋２０の切り妻型の屋根２１に設置された実施の形態１における融雪装置、２は勾配を有する屋根２１の全面に複数並設された融雪装置１のヒートパイプ、５は後述する熱源管、６は熱源管５，５を接続する後述する接続管、７は並設されたヒートパイプ２，２の熱源管５，５に接続された継手、８は継手７に接続され並設されたヒートパイプ２，２の熱源管５，５間を連結する連結管である。
１０は地盤中に形成された地中採熱素子のボアホール、１１は地下１０〜５０ｍ程度の深さに打ち込まれたケーシング、１２はケーシング内に配設された二重管やＵ字管等のパイプ、１３は図示しない断熱材で被覆されパイプ１２と熱源管５，５とを接続しループ配管を形成する輸送管、１４はループ配管を形成する輸送管１３に配設されたポンプ、１５は輸送管１３から分岐された分岐管、１６は下部が分岐管１５に接続され図示しないダイヤフラム等で分岐管１５側に熱媒体が収容された密閉式の膨張タンクである。熱源管５，接続管６，連結管８，ボアホール１０内のパイプ１２，輸送管１３，ポンプ１４内には、エチレングリコール，プロピレングリコール，酢酸カリウム水溶液等の不凍性の熱媒体（不凍液）が、とぎれることがないように充填されており、熱源管５，接続管６，連結管８，パイプ１２，輸送管１３，ポンプ１４内に充填された熱媒体の膨張・収縮に伴う容積変化を膨張タンク１６内の熱媒体で緩衝する。

図２において、２は−３０℃前後まで凍結しない不凍性の作動流体が封入され並設されたヒートパイプ、３，３は略平行に配設された２本のヘッダ管、４は両端部が２本のヘッダ管３，３の各々に連通し略平行に配設された複数のヒートパイプ枝管である。本実施の形態においては、ヘッダ管３，ヒートパイプ枝管４の長手方向に直交する断面が、矩形状の同一の大きさに形成されている。
５はヘッダ管３の長手方向に沿って貫設された熱源管であり、ヘッダ管３の両端部は熱源管５の両端の外周壁で封着されている。６は熱源管５，５の端部間を接続する接続管である。
なお、本実施の形態においてヒートパイプ２は、ヘッダ管３が屋根２１の勾配方向に沿って配置され、ヒートパイプ枝管４が屋根２１の勾配方向に略直交するように配置されている。なお、ヒートパイプ枝管４は、屋根２１の勾配方向に対する角度を６０〜９０°好ましくは７０〜９０°の範囲になるように配置することができる。これにより、ヒートパイプ枝管４の熱で融かされた融雪水が屋根材２９の上を面状に流れるので、従来のようにヒートパイプ枝管４の周囲の雪だけが融けて軒先まで貫通する雪洞が形成され、雪洞の周囲の雪が屋根の上に残り締め固められて除雪できなくなるのを防止することができる。
また、ボアホール１０で加温された熱媒体は、輸送管１３内を通って屋根２１に設置されたヒートパイプ２の熱源管５の軒側から導入され、屋根２１を上り接続管６を通って対向する熱源管５の棟側から下り、継手７，連結管８を通って隣接するヒートパイプ２の熱源管５の棟側から入って屋根２１を上り、接続管６を通って対向する熱源管５の棟側から下り、輸送管１３を通ってボアホール１０に還流される。

図３、図４において、２２は屋根２１の垂木、２３は垂木２２の上に配設された野路板、２４は軒先で垂木２２の上に取り付けられた広小舞、２６は合板，アルミニウム製等で板状に形成され野路板２３の上面に配置され上面にヒートパイプ２が載置された下地材、２７は垂木２２，広小舞２４の軒先の端面に配設された鼻隠、２８は上面がヒートパイプ枝管４及びヘッダ管３の上面と面一乃至はわずかに低くなるようにアルミニウム製等の伝熱性の板状で形成されヒートパイプ枝管４，４とヘッダ管３，３の間に嵌め込まれヒートパイプ枝管４，４とヘッダ管３，３の熱が伝達される熱分散部材、２９は鋼製，クラッド鋼製，ステンレス鋼等の合金鋼製、溶融アルミニウム・亜鉛合金メッキ鋼板（ガルバリウム鋼板）、塗装板材等で形成され、屋根２１の棟からヒートパイプ２，熱分散部材２８の上面に敷設された屋根材である。
図５において、２８ａはアルミニウム製等の金属製で一面が開口する薄肉で箱状に形成された変形例の熱分散部材、２８ｂはグラスウール，ロックウール等の無機繊維系、ウレタンフォーム，発泡ポリスチレン等の合成樹脂系、木質繊維系等の繊維質等で形成され熱分散部材２８ａの開口部に嵌装された断熱材である。熱分散部材２８ａは断熱材２８ｂが嵌装された開口を下地材２６側に、平坦面を屋根材２９側にして熱分散部材２８に代えて配置させることができる。変形例の熱分散部材２８ａは薄肉の箱状に形成されているので軽量化することができ、また開口部に断熱材２８ｂが嵌装されているので、下地材２６側への放熱を少なくすることができ熱損失を減らすことができる。

以上のように構成された本発明の実施の形態１における融雪構造及び融雪装置について、以下その使用方法を説明する。
ボアホール１０のパイプ１２内の熱媒体は約１５〜１７℃前後の地中熱によって１３℃程度に加温される。加温されたパイプ１２内の熱媒体（不凍液）を、輸送管１３に配設されたポンプ１４を駆動して、輸送管１３から屋根２１に設置されたヒートパイプ２の熱源管５の棟側に導入する。熱媒体は熱源管５の軒側から導入され、屋根２１を上り接続管６を通って対向する熱源管５の棟側から下り、継手７，連結管８を通って隣接するヒートパイプ２の熱源管５の棟側から入って屋根２１を上り、接続管６を通って対向する熱源管５の棟側から下り、輸送管１３を通ってボアホール１０のパイプ１２へ還流されてループ配管内を循環する。ヒートパイプ２内の凝縮した作動流体は重力でヘッダ管３の軒側に流下し易いため、まず一方のヘッダ管３の軒側を熱媒体で加熱することで、熱媒体の保有する熱が一方のヘッダ管３に与えられてヘッダ管３内の作動流体がヒートパイプ枝管４及び他方のヘッダ管３に向かって蒸発するようになる。作動流体の蒸気はヒートパイプ枝管４内を拡散し凝縮して凝縮熱を放出し、ヒートパイプ枝管４の壁を通じて熱分散部材２８及び屋根材２９へ放熱する。一方のヘッダ管３の熱源管５を流れた熱媒体は、次に他方のヘッダ管３の熱源管５に棟側から入り、他方のヘッダ管３内の作動流体を蒸発させる。これを繰り返し、熱交換し凝縮した作動流体はヘッダ管３へ還流され、屋根材２９は表面に積もった雪に放熱して融雪する。融雪では、始めに温度の高いヒートパイプ枝管４とヘッダ管３の上の屋根材２９に積もった雪が融かされ、融雪水は屋根勾配に沿って屋根材２９の表面を流れるので、ヒートパイプ枝管４，４とヘッダ管３，３とで囲まれた範囲の屋根材２９に積もった雪の下面が融雪水によって融かされる。ヒートパイプ枝管４とヘッダ管３の上の屋根雪は早く融けるので、屋根雪はヒートパイプ枝管４，４とヘッダ管３，３で切り出されたような四角形状の複数のブロック状に分割される。そして、屋根雪を重力に逆らって上部で支えていた引張力が切れて各ブロックが自由になり、それぞれが滑り出して滑落するので、屋根雪を除去することができる。

以上のように、本発明の実施の形態１における屋根の融雪構造は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）ヒートパイプ枝管４の両端部が、略平行に配設された２本のヘッダ管３，３の各々に連通しており、熱媒体が一方のヘッダ管３の熱源管５から他方のヘッダ管３の熱源管５に流されて、双方のヘッダ管３内の作動流体を蒸発させるので、ヘッダ管内の作動流体の蒸発とヒートパイプ枝管での凝縮に伴う潜熱の授受による熱の放出が、２本のヘッダ管３，３の各々で行われるので、ヒートパイプ２の温度斑を少なくすることができ、屋根材２９に面した雪を斑なく融かすことができる。
（２）屋根材２９に降った雪は、積もると直ちにヒートパイプ枝管４とヘッダ管３の熱で融かされてブロック状に分割され、締め固まる前の柔らかな状態のうちに屋根２１から滑落していくため、人の歩行や車の走行の妨げになった歩行者に怪我等をさせたりすることもなく安全に屋根雪を滑落させて除去することができ除雪性に著しく優れる。
（３）ヘッダ管３及びヒートパイプ枝管４が矩形状の断面を有しているので、ヘッダ管３とヒートパイプ枝管４の外周の４面を平らにすることができ、屋根材２９との伝熱面積を大きくすることができる。また、アルミニウム製等で形成された熱分散部材２８をヒートパイプ枝管４の間に嵌め込んで、熱分散部材２８の側面とヒートパイプ枝管４及びヘッダ管３の側壁とを面接触させて接触面積を広くすることができ熱交換効率を高めることができる。また、ヘッダ管３及びヒートパイプ枝管４の底面が平らに形成されるので、下地材２６の上に安定に設置することができ施工性に優れる。
（４）上面がヒートパイプ枝管４及びヘッダ管３の上面と面一乃至はわずかに低く形成され、ヒートパイプ枝管４，４及びヘッダ管３，３の間に配設された熱分散部材２８を備えているので、ヒートパイプ枝管４及びヘッダ管３から屋根材２９へ確実に熱伝達させることができる。
（５）熱分散部材２８の側面とヒートパイプ枝管４やヘッダ管３の側壁とを接触させて、ヒートパイプ枝管４やヘッダ管３の熱を熱分散部材２８に伝達し放熱面積を広くすることができ、屋根材２９の温度斑を小さくすることができる。
（６）ヒートパイプ枝管４及びヘッダ管３の上面と熱分散部材２８の上面とが略面一に形成されるため、屋根材２９をヒートパイプ２と熱分散部材２８の全面で支持できるので、雪の重みで屋根材２９が変形するのを防止できる。また、屋根材２９の上に積もった雪の重みで、屋根材２９がヒートパイプ枝管４，ヘッダ管３，熱分散部材２８に密着するようになり熱伝達が良くなり雪を確実に融かすことができる。
（７）屋根材２９の軒先の先端がヒートパイプ枝管４やヘッダ管３で温められるので、氷柱ができるのを防止できる。

また、本発明の実施の形態１における融雪装置によれば、以下のような作用が得られる。
（１）ヒートパイプ枝管４の両端部が、略平行に配設された２本のヘッダ管３，３の各々に連通しているので、ヘッダ管内の作動流体の蒸発とヒートパイプ枝管での凝縮に伴う潜熱の授受による熱の放出が２本のヘッダ管３，３の各々で行われ、ヒートパイプ２の温度斑を少なくすることができ設置面を斑なく融雪できる。
（２）地中熱を利用してボアホール１０で熱媒体を加温し、この熱媒体を循環させるので、ヒートパイプ２や屋根材２９を２℃程度に加温して融雪に利用でき、熱媒体を加熱するための特別なエネルギーを必要とせず安全で省エネルギー性に優れる。
（３）熱源管５，接続管６，ボアホール１０内のパイプ１２，輸送管１３，ポンプ１４内に不凍性の熱媒体がとぎれることがないように充填されているので、簡単なポンプ１４の小さな駆動力で、ループ配管内の熱媒体をボアホール１０から屋根２１まで上げることができ省エネルギー性に優れる。
（４）輸送管１３から分岐された分岐管１５に膨張タンク１６が接続されているので、熱源管５，接続管６，連結管８，パイプ１２，輸送管１３，ポンプ１４内に充填された熱媒体の膨張・収縮に伴う容積変化を膨張タンク１６内の熱媒体で緩衝し、熱源管５，接続管６，連結管８，パイプ１２，輸送管１３，ポンプ１４内に、熱媒体をとぎれることがないように充填させることができる。

ここで、本実施の形態においては、新設の屋根２１にヒートパイプ２を設置する場合について説明したが、既設の鋼板ぶき等の屋根にヒートパイプ２を設置する場合もある。この場合は、鋼板等の屋根材の表面に下地材２６を配置して、本実施の形態と同様にヒートパイプ２を設置することができる。また、屋根の勾配方向に沿って瓦棒が形成されている場合は、瓦棒の上や瓦棒の間に瓦棒の高さと略同じ高さのスペーサを配置し、スペーサとスペーサの間に下地材２６を架設して、本実施の形態と同様にヒートパイプ２を設置する。また直接、瓦棒の上に下地材２６を架設し、その上にヒートパイプ２を設置する場合もある。
また、下地材２６の上に熱分散部材２８を別々に設置する場合について説明したが、下地材２６と熱分散部材２８とをアルミニウム製等の金属製やコンクリート等で一体に形成し、一体形成された窪みにヒートパイプ２のヘッダ管３及びヒートパイプ枝管４を嵌合させる場合もある。これにより、施工性を高めることができるという作用が得られる。
また、融けた屋根雪が滑り落ちるのを妨げる凸起等を屋根２１の屋根面に設けて、屋根２１の上で融かす屋根雪の量を多くすることもできる。
また、風呂の残り湯や工場や家庭からの排水の排熱を利用して、ループ配管内を流れる不凍液を加温することもできる。この場合は、ポンプ１４の下流側の輸送管１３にジャケットを配設して、排水をジャケットに導入し輸送管１３の管壁を通じてジャケット内の排水と不凍液との熱交換を行い、排水の排熱で不凍液を加温する。これにより、一時的に不凍液の温度を上げて、排熱で屋根雪を融かすことができ排熱の有効利用ができる。

（実施の形態２）
図６は実施の形態２における融雪装置のヒートパイプの平面図である。なお、実施の形態１と同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、２ａは実施の形態２における融雪装置のヒートパイプ、４ａは一端がヘッダ管３に連通し略平行に配設された複数のヒートパイプ枝管、５ａはヘッダ管３の長手方向に添設されヘッダ管３と略同一の厚さに形成された熱源管である。
以上のように構成された実施の形態２における融雪装置のヒートパイプ２ａは、ヘッダ管３が屋根２１の勾配方向に沿って配置され、ヒートパイプ枝管４ａが屋根２１の勾配方向に略直交するように配置されて実施の形態１と同様に施工される。

以上のように、本発明の実施の形態２における融雪装置のヒートパイプは構成されているので、実施の形態１に記載した作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）１本のヘッダ管３にヒートパイプ枝管４ａの一端が連通しておりコンパクト化できるので、屋根２１が小さな場合等、熱媒体の循環経路を簡略化させることができ施工性を高めることができる。
（２）ヘッダ管３と略同一の厚さに形成された熱源管５ａを備えているので、熱源管５ａの管壁を通じて熱媒体と屋根材２９とを直接熱交換させることができ、融雪効率を高めることができる。

（実施の形態３）
図７は実施の形態３における融雪装置のヒートパイプの平面図である。なお、実施の形態１と同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、２ｂは実施の形態３における融雪装置のヒートパイプ、４ｂは一端がヘッダ管３に連通し略平行に配設された複数のヒートパイプ枝管、４ｃはヒートパイプ枝管４ｂの他端に連通した均圧管である。
以上のように構成された実施の形態３における融雪装置のヒートパイプ２ｂは、ヘッダ管３が屋根２１の勾配方向に沿って配置され、ヒートパイプ枝管４ｂが屋根２１の勾配方向に略直交するように配置されて実施の形態１と同様に施工される。

以上のように、本発明の実施の形態３における融雪装置のヒートパイプは構成されているので、実施の形態１に記載した作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）１本のヘッダ管３にヒートパイプ枝管４ｂの一端が連通しておりコンパクト化できるので、屋根２１が小さな場合等、熱媒体の循環経路を簡略化させることができ施工性を高めることができる。
（２）ヒートパイプ枝管４ｂの他端に均圧管４ｃが連通しているので、ヒートパイプ枝管４ｂ内の圧力を均一化でき温度斑を少なくすることができる。

（実施の形態４）
図８は実施の形態４における融雪装置のヒートパイプを家屋の屋根に設置した融雪構造の屋根材を除いた状態を示す模式斜視図である。なお、実施の形態１で説明したものと同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、２ｃは寄せ棟型の家屋２０ａの屋根に配置された実施の形態４における融雪装置のヒートパイプ、３ａ，３ａは棟側に向かって両方が暫時内側に窄められ間隔が暫時狭められたヘッダ管である。
２ｄは家屋２０ａの屋根に配置された実施の形態４における変形例の融雪装置のヒートパイプ、３ｂ，３ｂは軒側に向かって片方が暫時内側に窄められ間隔が暫時狭められたヘッダ管である。ヒートパイプ２ａのヘッダ管３ａ，３ａ、ヒートパイプ２ｂのヘッダ管３ｂ，３ｂには、略平行に配設された複数のヒートパイプ枝管４が両端部で連通しており、ヒートパイプ枝管４は屋根の勾配方向と略直交し、屋根２１の勾配方向に対して６０〜９０°好ましくは７０〜９０°の角度で交わるように配置されている。
以上のように実施の形態４における融雪装置のヒートパイプは構成されているので、屋根の形に応じて屋根の全面に自在に配置することができ、屋根の全面の雪を融かして除去することができる。

なお、実施の形態１乃至４では屋根の融雪構造について説明したが、同様に、雁木等の庇にも実施の形態１乃至４で説明した融雪装置を設置することで、庇の融雪構造を提供することができる。

本発明は、屋根や雁木等の庇に積もった雪を融かして除去する屋根や庇の融雪構造及び融雪装置に関し、締め固まる前の柔らかな状態のうちに融かして屋根や庇から滑落させることができ、歩行や走行の妨げになったり怪我等をさせたりすることもなく安全に全面の屋根雪を斑なく除去することができ除雪性に著しく優れる屋根や庇の融雪構造を提供することができ、また、温度斑が小さく設置面の雪を斑なく除去することができるとともに、省エネルギー性に優れランニングコストの小さな融雪装置を提供することができる。

Claims (5)

1. 屋根や庇に配置されたヒートパイプを備えた屋根や庇の融雪構造であって、前記ヒートパイプが、熱源管が添設若しくは貫設され間隔をあけて配設された２本のヘッダ管と、各々の両端部が前記ヘッダ管の各々に連通し前記ヘッダ管から分岐して複数の略平行に配設され屋根や庇の勾配方向と略直交して配置されたヒートパイプ枝管と、前記熱源管の端部間に接続された接続管と、を備えていることを特徴とする屋根や庇の融雪構造。
2. 前記ヘッダ管及び前記ヒートパイプ枝管の長手方向に直交する断面が略矩形状、略方形状、略三角状、略長円状、略半円状の内のいずれかに形成され上面が平坦で幅広に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の屋根や庇の融雪構造。
3. 上面が前記ヒートパイプ枝管及び前記ヘッダ管の上面と面一乃至はわずかに低く形成され、前記ヒートパイプ枝管の間に配設された熱分散部材を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の屋根や庇の融雪構造。
4. 請求項１乃至３の内いずれか１に記載の屋根や庇の融雪構造で用いる融雪装置であって、前記ヒートパイプと、前記熱源管に接続され地盤中に形成した孔部から集熱した不凍液を循環させるループ配管と、を備えていることを特徴とする融雪装置。
5. 前記ループ配管に密閉式の膨張タンクが接続されていることを特徴とする請求項４に記載の融雪装置。

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