JP4982525B2 - 屋根の融雪装置 - Google Patents

Description

本発明は屋根の融雪装置に関する。

建築物の屋根に積もった雪に熱を加えることにより融雪を行う融雪装置としては、二重構造の屋根により形成された通気空間に居住空間内の廃熱を供給する方式のものが知られている。このような融雪装置としては例えば特許文献１および特許文献２に開示されているものがある。

実開昭６１−１４７８１８号公報 実開平１−１２２１５１号公報

特許文献１記載の屋根の融雪装置は、屋根材を二重構造にすることで温風を通過させるための通過間隙を形成して、通過間隙内に室内の廃熱を供給するための暖気導入管を配設し、居住空間からの暖気を暖気導入管を介して通過間隙部分に供給することで屋根の融雪を行う構成を有している。また、特許文献２記載の屋根の融雪装置は、特許文献１と同様に、屋根材を二重構造に配設し、上屋根材の下面に温水パイプを密着させた状態で配設して温水パイプ内の熱により上屋根材の表面を加熱する構成を有している。
特許文献１および特許文献２記載の屋根の融雪装置は、いずれも、二重構造の屋根の間に形成されたスペースに温風（熱）を供給することで屋根の融雪を可能にする構成が示されている。このような構成であると、暖気導入管または温水パイプから供給される熱量は、上屋根に最初に接触した部分（通常は屋根の軒先部分）で大半が屋根（または屋根に積もっている雪）に吸収されることになる。したがって、屋根の棟部分まで暖気導入管または温水パイプからの熱を伝えることが困難になり、屋根の棟部の融雪を十分行うことができなくなるおそれがあるといった課題がある。

そこで本願発明は、大規模な屋根であっても屋根全体の融雪を確実に行うことが可能な屋根の融雪装置の提供を課題としている。

以上の目的を達成するため本願発明は以下の構成を有する。
すなわち、断面形状が波型をなす折り曲げ板からなる上屋根材および下屋根材を上下方向に所要間隔をあけて組み立てることにより空気流通部が形成された屋根と、一端側が熱交換器および送風手段に連通して設けられ、前記下屋根材の谷部に沿って配設された温風供給ダクトと、前記屋根の棟部に配設され、前記空気流通部に供給された温風を前記屋根の外部に排出するための温風排出部と、を具備し、前記温風供給ダクトは、外周面に温風吹き出し孔が形成されていて、該温風供給ダクトの他端側が前記空気流通部内において、前記棟部から所要間隔をあけた位置で開口し、前記温風吹き出し孔は、前記屋根の軒先側における配設間隔よりも前記屋根の棟部側における配設間隔の方が狭いことを特徴とする屋根の融雪装置である。

本発明にかかる屋根の融雪装置によれば、大規模な屋根であっても、屋根の法面全体にわたって熱源を供給することができるため、屋根全体における融雪を確実に行うことができる。

本実施形態におけるごみ焼却処理施設の概略構造図である。 図１のごみ焼却処理施設における屋根部分の片側法面（片側斜面）についての概略構造を示す側断面図である。 図２内のＡ−Ａ線における断面図である。 他の実施形態例における屋根部分の概略構造を示す側断面図である。

以下、本発明にかかる屋根の融雪装置の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態においては、ごみ焼却処理施設における屋根の融雪装置について説明を行うことにする。
図１に示すように、本実施形態におけるごみの焼却処理施設１０には、壁体２０および屋根３０からなる筐体４０に、ごみ搬入部５０、ごみ破砕部５２、ごみ投入部５４、焼却炉６０、燃焼ガス処理部７０、灰処理部８０と、が収容されている。ごみ搬入車により収集されたごみは、ごみ搬入部５０からごみの焼却処理施設１０に搬入された後、ごみ破砕部５２で破砕装置により細分化処理された後、バケット等からなるごみ投入部５４により、焼却炉６０に投入されて、焼却処理がなされる。

焼却炉６０から排出される燃焼ガスおよび灰は、焼却炉６０に隣接する燃焼ガス処理部７０および灰処理部８０により適宜処理される。燃焼ガス処理部７０は、燃焼ガスを冷却するガス冷却部７２、有毒ガス除去装置７４、集じん器７６を有している。また、灰処理部８０は、焼却炉６０からの灰を収集する灰出し装置８２および灰貯留ヤード８４と、ガス冷却部７２および集じん器７６からの灰を搬出する飛灰搬出装置８６および飛灰搬出装置８６により搬出された飛灰の排出処理をする飛灰処理装置８８とを有している。このようにして得られた排気は、煙突７８からごみ焼却施設１０の外部に排出される。
ごみの焼却処理施設１０においてごみを焼却処理するための上記各構成については、公知の技術を採用することができるため、ここでの各構成についての詳細な説明は省略している。

本実施形態においては、燃焼ガス処理部７０のガス冷却部７２を通過し、ごみの焼却処理施設１０の筐体４０内の空気を加熱するとともに水を加熱するための熱交換器９０が配設されている。本実施形態における熱交換器９０は、図１に示すように、屋根供給空気加熱配管９２、送風ファン９４、温水発生器９６と、を有している。筐体４０内の空気は、送風ファン９４により屋根供給空気加熱配管９２に吸い込まれてガス冷却部７２の内部空間を通過し、燃焼ガスにより加熱されて熱風となる。また、屋根供給空気加熱配管９２は温水発生器９６を通過するので、熱風の一部の熱量が温水発生器９６内の水と熱交換して温水を生成する。このように温水を生成することで熱風の温度が適宜下げられ、融雪に適した温度の温風（準熱風）となり、屋根３０に配設された温風供給ダクトである温風供給パイプ３６に供給される。ここでは、屋根供給空気加熱配管９２として耐熱金属管が用いられ、温風供給パイプ３６には、耐熱塩ビ管が用いられている。温水発生器９６により生成された温水は、ごみ焼却施設１０の外部に配設した図示しない温水取り出し部等に供給されている。

筐体４０の屋根３０は、図３に示すように、断面形状が波型をなす折り曲げ板からなる上屋根材３２と下屋根材３４とを、折り曲げ板における山の位置と谷の位置とをそれぞれ一致させた状態で上下に所要間隔をあけて配設することにより構成されている。上屋根材３２と下屋根材３４との間には両者の隙間間隔を維持させるための支柱３３が折り曲げ板の山の位置に適宜間隔をあけて配設されていて、上屋根材３２と下屋根材３４との間の空気流通部３５が形成されている。このようにして形成された空気流通部３５には、下屋根材３４の谷の部分に温風供給パイプ３６が配設されている。温風供給パイプ３６は、一端部が送風手段である送風ファン９４および温水発生器９６を経由する屋根供給空気加熱配管９２に連結されている。

熱交換器９０により所定の温度に調整（冷却）された空気は、温風供給パイプ３６から空気流通部３５に放出された温風（準熱風）によって、冬季間であっても屋根３０の表面の温度が３℃以上を維持することが可能な温度となるように設定されている。具体的には、オペレータが屋根３０の外表面（上屋根材３２の外表面）に配設されている図示しない温度センサにより計測された温度データに基づき、制御装置を操作して送風ファン９４の出力や屋根供給空気加熱配管９２内の熱風に混合させる図示しない外気取込管からの外気取り込み量を調整することで、温風（準熱風）の温度調整を行っている。制御装置の他例としては、屋根３０の外表面に配設された温度センサから送信された計測温度データに基づいて、送風ファン９４と外気取込管からの外気取り込み量の調整制御を行うための制御プログラムを予め組み込むことにより自動制御装置とすることも可能である。

また、屋根供給空気加熱配管９２からの温風（準熱風）は、直接温風供給パイプ３６へ供給するのではなく、屋根供給空気加熱配管９２と温風供給パイプ３６との間に、温風貯留チャンバ（図示せず）に一旦貯留してから各々の温風供給パイプ３６に分配供給する形態を採用してもよい。このとき、温風貯留チャンバから各温風供給パイプへの温風（準熱風）の分配は、温風貯留チャンバに配設されたバルブをオペレータが手動開閉操作する方式の他、制御装置が温風貯留チャンバに配設された電磁バルブの開閉動作を制御する方式を採用することができる。後者の構成を採用した場合、上屋根材３２の外表面に配設した温度センサによる計測温度データや、屋根３０への積雪状況、日照状況等の屋根３０の状況に応じて、各々の温風供給パイプ３６への温風（準熱風）の供給量を最適化することができる。すなわち、屋根３０全体の融雪をより一層均一化することが可能になる。

温風供給パイプ３６は、下屋根材３４の延長方向に沿って屋根３０の軒先３８から屋根３０の棟部３９に向かって延伸した後、棟部３９の手前側において、図２に示すように棟部３９から所要距離をあけた位置で他端部を開口させた状態で配設されている。温風供給パイプ３６の外周面には、温風供給パイプ３６の内部から温風を吹き出すための温風吹き出し孔３６Ａが所要間隔をあけて配設されている。ここでは、温風供給パイプ３６として耐熱塩ビ管を用いているので、温風供給パイプ３６にドリル孔加工することで温風吹き出し孔３６Ａを形成している。各温風吹き出し孔３６Ａの開口径寸法はそれぞれ等しくした。また、温風吹き出し孔３６Ａは、屋根３０の軒先３８側における配設間隔に対して棟部３９側における配設間隔の方が狭い間隔で配設されている。このように温風吹き出し孔３６Ａの配設ピッチを変更することで、熱源までの距離が異なり、温風供給パイプ３６から放出される温風の温度が異なる軒先３８側の位置と棟部３９側の位置のいずれの位置においても放出される熱量の均一化を図ることができる。

また、本実施形態においては、屋根３０の法面長さ寸法に対して温風供給パイプ３６の長さ寸法を６０％とした。棟部３９側の屋根３０の法面長さの４０％部分においては、温風吹き出し孔３６Ａおよび温風供給パイプ３６の他端部の開口部から放出された温風が空気流通部３５内に直接流通する（通過する）ことになる。温風供給パイプ３６の他端部開口部から放出する温風（準熱風）は、温風供給パイプ３６の他端側の開口部位置から屋根３０の棟部３９までの法面長さをＬｍとした場合、温風供給パイプ３６の他端側の開口部から放出される温風（準熱風）の初速度を２Ｌｍ／秒とした。このような温風の放出初速度を採用にすることで、温風供給パイプ３６から空気流通部３５内に放出された温風が融雪不可能な温度（屋根３０の外表面の温度が１℃以上（より好ましくは３℃以上）にすることができない温度）になる前に屋根３０の外部に排出することができ、屋根３０の棟部３９側における融雪も確実に行うことができるのである。

空気流通部３５には、温水発生部９６で得た温水を、温水発生部９６と屋根３０の空気流通部３５内に敷設した温水パイプ９８との間で循環させている。このような構成を採用することで、屋根３０の空気流通部３５に供給する熱量を大幅に増加させることができるので、豪雪地帯であっても、確実に屋根３０全体の融雪が可能になる。このような温水パイプ９８は、空気流通部３５の全体に敷設する形態の他、空気流通部３５の軒先３８側の所要範囲のみに敷設させる形態のいずれの形態を採用してもよい。温水パイプ９８に循環させる熱媒体は水の他にエチレングリコール（不凍液）等を循環させることももちろん可能である。

屋根３０の軒先３８には温風供給パイプ３６および温水パイプ９８の導入部よりも先端側には、これらからの熱が供給されない部位が生じてしまう。この部分での凍結等を防ぐため、図２に示すように、軒先３８の先端部分には筐体４０の室内空気を流通させるための軒先通風路３８Ａ，３８Ｂを二重に配設している。軒先通風路３８Ａ，３８Ｂの間および軒先通風路３８Ｂと空気流通部３５との間には断熱材による隔壁３８Ｃ，３８Ｄが配設されている。また、隔壁３８Ｃの下部には万が一結露が生じた場合にも結露水が筐体４０の内部空間に滴下しないように、排水ドレン３８Ｅが配設されている。
筐体４０内部から供給された室内空気は、軒先通風路３８Ａ，３８Ｂを通過した後、それぞれ外部に排出してもよいし、軒先通風路３８Ｂの室内空気を軒先通風路３８Ａに合流させた後に外部に排出する形態のほか、軒先通風路３８Ｂの室内空気は筐体４０内に戻すようにしてもよい。

また、本実施形態における屋根３０の棟部３９には、空気流通部３５からの温風を屋根の外部に排出する温風排出部３９Ａが配設されている。本実施形態における温風排出部３９Ａは、図２に示すように、温風排出部３９Ａから排出した廃温風が屋根３０の表面に向かって吹き付けられるように開口している。このように屋根３０の表面に向かって開口する温風放出部３９Ａを採用することにより、屋根３０の外部に排出される温風（０℃よりも高温であればよいが、３℃以上であることが好ましい）によって棟部３９近傍に積もっている雪に直接温風を吹きつけて融雪することが可能になる点において省エネルギーであり好都合である。

さらには、図２に示すように、温風排出部３９Ａには、冬季間において屋外からの空気（冷気）が温風排出部３９Ａから空気流通部３５に侵入することを防止するためのシールド部３９Ｂが配設されている。ここでは、シールド部３９Ｂとして温風排出部３９Ａの開口面から離反させた位置に遮蔽板を取り付けている。遮蔽板は、遮蔽板の下端縁を屋根３０の外表面から離間させた状態で配設されている。
空気流通部３５を通過した後に温風排出部３９Ａから排出される廃温風は、シールド部３９Ｂに沿ってシールド部３９Ｂである遮蔽板の下端縁と屋根３０の表面との隙間部分から屋根３０の表面に吹きつけるようにして排出される。このシールド部３９Ｂを温風排出部３９Ａの開口部近傍の配設部分から着脱自在に取り付けておけば、不要時には取り外しておくこともできる。

以上に本願発明を実施形態に基づいて詳細に説明したが、本願発明の技術的範囲は以上に示した実施形態に限定されるものではない。例えば、以上に説明した実施形態においては、融雪装置を具備する建築物として、ごみの焼却処理施設の屋根について説明しているが、屋根に熱源を給することができれば、必ずしも建築物内に大規模な燃焼装置を具備していなくても良い。屋根への熱源供給を行う際の他の形態としては、建築物の内部（例えば、居住空間）からの廃熱を利用する形態を採用することもできる。

また、以上の実施形態においては、温風供給パイプ３６の敷設延長を、屋根３０の法面長さの６０％とした実施形態について説明しているがこれに限定されるものではない。温風供給パイプ３６の敷設延長を、屋根３０の法面長さ寸法の５０〜８５％程度に設定すれば、以上の実施形態と同様に、屋根３０の全面に均一な熱量を供給することができる。いずれの敷設比率を採用した場合であっても、温風供給パイプ３６の他端側の開口部から放出する温風（準熱風）の初速度は、開口部から棟部３９までの距離を０．５秒で通過することができる速度に設定しているのは、先に説明した実施形態と同様である。

また、温風供給パイプ３６の外周面に形成した温風吹き出し孔３６Ａは、屋根３０の軒先３８側と棟部３９側とにおいて、温風吹き出し孔３６Ａの配設間隔を異にしているが、これに限定されるものではない。他の実施形態としては、屋根３０の軒先３８側と棟部３９側において温風吹き出し孔３６Ａの径寸法を変更することによっても、以上の実施形態と同様に、屋根３０に放出する熱量を均一化することができる。

また、以上の実施形態においては、温風供給ダクトとして耐熱塩ビ管製の温風供給パイプ３６を採用しているが、温風供給ダクトは耐熱塩ビ管に限定されるものではない。要は、熱交換器９０（屋根供給空気加熱配管９２）から供給された温風（準熱風）を不用意に冷却させることなく空気流通部３５に放出することができれば、他の形態により温風供給ダクトを構成する実施形態であっても良いのはもちろんである。

また、本実施形態においては、図２に示すように、空気流通部３５に供給された温風を屋根３０の外部に排出する温風排出部３９Ａを屋根３０の外表面に向けて棟部３９から遠ざかる方向（離反する方向）に開口させている形態について説明しているが、この形態に限定されるものではない。例えば、図４に示すように温風排出部３９Ａは、空気流通部３５から棟部３９を越えて、反対側の屋根の外側表面に温風を吹きつける配置に開口させてもよい。このような構成を採用することで、温風排出部３９Ａから屋根３０の外表面に吹き付ける風の速度の向上が期待できる。空気流通部３５に流通させた温風により屋根３０全体の融雪を確実に行うことができる場合には、空気流通部３５の延長線上に温風排出部３９Ａを開口させて、単純に温風を空気流通部３５から排出するようにしてもよいのはもちろんである。

また、一般住宅や小規模事務所および工場等のような小規模な建築物であっても断面形状が波型をなす二重の折り曲げ板からなる屋根３０を具備していれば、上記実施形態で説明したごみの焼却施設１０の屋根３０と同様にして本願発明を適用することができるのはもちろんである。

１０ ごみの焼却処理施設
３０ 屋根
３２ 上屋根部材
３３ 支柱
３４ 下屋根部材
３５ 空気流通部
３６ 温風供給パイプ
３６Ａ 温風吹き出し孔
３８ 軒先部
３８Ａ，３８Ｂ 軒先通風路
３８Ｃ，３８Ｄ 隔壁
３８Ｅ 排水ドレン
３９ 棟部
３９Ａ 温風排出部
３９Ｂ シールド部
９０ 熱交換器
９２ 屋根供給空気加熱配管
９４ 送風ファン
９６ 温水発生器
９８ 温水パイプ

Claims (5)

1. 断面形状が波型をなす折り曲げ板からなる上屋根材および下屋根材を上下方向に所要間隔をあけて組み立てることにより空気流通部が形成された屋根と、
   一端側が熱交換器および送風手段に連通して設けられ、前記下屋根材の谷部に沿って配設された温風供給ダクトと、
   前記屋根の棟部に配設され、前記空気流通部に供給された温風を前記屋根の外部に排出するための温風排出部と、を具備し、
   前記温風供給ダクトは、外周面に温風吹き出し孔が形成されていて、該温風供給ダクトの他端側が前記空気流通部内において、前記棟部から所要間隔をあけた位置で開口し、
   前記温風吹き出し孔は、前記屋根の軒先側における配設間隔よりも前記屋根の棟部側における配設間隔の方が狭いことを特徴とする屋根の融雪装置。
2. 前記温風供給ダクトは、前記屋根の法面長さに対して５０〜８５％の範囲に配設されていることを特徴とする請求項１記載の屋根の融雪装置。
3. 前記温風供給ダクトの他端側から吹き出される温風の初期速度は、該温風供給ダクトの他端側と前記温風排出部との間の距離を０．５秒で通過する速度に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の屋根の融雪装置。
4. 前記温風排出部は、該温風排出部から排出される温風が前記上屋根材の外側表面に向けて開口していることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の屋根の融雪装置。
5. 前記温風排出部には、屋外からの空気が前記空気流通部に侵入することを防止するためのシールド部が配設されていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の屋根の融雪装置。

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