JP6810478B2 - 屋根融雪システム - Google Patents

Description

本発明は、空気を屋根下部に対流させ、屋根に降り積もった雪を融かす屋根融雪システムに関する。

従来、屋根上の積雪の融雪システムとして、特許文献１に記載の屋根融雪システムが知られている。

特許文献１に記載の屋根融雪システムは、屋根の上方にパネル及びシートにより密閉空間を作り、熱源を有する加熱室と密閉空間とを送風パイプ及び回収パイプで連通したものである。そして、加熱室内で温めた空気を送風パイプにより密閉空間に送り、その暖気によりパネル及びシートの上に積もった雪を融かし、密閉空間内で冷却された空気を回収パイプにより加熱室に回収し、再度空気を暖めるという循環式の融雪システムである。

特開２０１４−１７７８５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の屋根融雪システムは、屋根の上方に密閉空間を作るため、積雪に耐え得る強度や耐久性が必要であり、設置費用が高くなってしまうという問題があった。また、屋根の上方に密閉空間を作ることにより、建築物全体としての外観意匠性が低下してしまう虞もあった。

また、車庫、カーポート、工場、倉庫、体育館、自転車置き場、住宅等、金属屋根を使用した建造物が多数存在するが、このような建造物では、構造が簡易化されており、金属屋根に断熱材等が使用されていないことも多い。豪雪地帯では、このような建造物の積雪に対する強度を高めるために鉄骨材等を使用することも行われているが、建築コストが高くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は以上の問題点を解決し、既存の屋根の上方に密閉空間を作る場合と比較して設置費用を低廉とし、外観意匠性を著しく低下させない屋根融雪システムを提供することを目的とする。

本発明に係る屋根融雪システムは、金属製の折板屋根と、前記折板屋根を固定する梁と、前記折板屋根の下方に設けられた対流室と、空気を加熱する熱源部を有する加熱室と、前記対流室と前記加熱室とを連通する通気部と、を備え、前記対流室と前記加熱室と前記通気部の内部を前記空気が循環し、前記折板屋根は凸部と凹部が交互に形成され、前記対流室が、前記折板屋根と、前記折板屋根の下方に設けられた底板部と、前記折板屋根と前記底板部に連結された側壁部と、により形成され、前記梁は前記対流室内に配置されると共に、前記凸部及び前記凹部が延びる方向と直交方向に延設され、前記折板屋根と前記梁との間には複数の第１の隙間が形成され、前記第１の隙間は面戸板により閉塞され、前記梁と前記底板部との間に折曲板部が設けられ、前記梁と前記折曲板部との間に第２の隙間が形成され、前記底板部と前記折曲板部との間に第３の隙間が形成され、前記折曲板部は、本体部と、前記本体部から上方へ折り曲げた規制部から構成され、前記本体部が前記規制部よりも前記通気部に近くなるように前記折曲板部が配置されていることを特徴とする。

本発明に係る屋根融雪システムは、前記本体部と前記規制部のなす角度が９０°〜１６０°に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る屋根融雪システムは、前記対流室に開閉可能な換気口が設けられ、前記加熱室に開閉可能な空気取入口が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る屋根融雪システムによれば、既存の屋根の上方に密閉空間を作る場合と比較して設置費用を低廉とし、外観意匠性を著しく低下させることなく、屋根上の雪を融かすことができる。

実施例１の屋根融雪システムを設置したカーポートの正面側（前側）の外観斜視図である。 （Ａ）同、折板屋根、梁、底板部及び折曲板部の位置関係を示す縦断面図である。（Ｂ）折板屋根の凸部に対する底板部の位置を変更した折板屋根、梁、底板部及び折曲板部の位置関係を示す縦断面図である。（Ｃ）折板屋根に対する底板部の位置を変更した折板屋根、梁、底板部及び折曲板部の位置関係を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面の一部を示す図である。 同、加熱室の縦断面図である。 同、加熱室の平面図である。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。

図１〜図６は本発明の第１実施例を示しており、本発明に係る屋根融雪システム１をいわゆるカーポート２に適用したものである。屋根融雪システム１は、金属屋根である折板屋根３と、折板屋根３を固定する梁４と、折板屋根３及び梁４を支持する柱５と、折板屋根３の下方に設けられた底板部６と、折板屋根３と底板部６に連結された側壁部７と、を備えている。

図２に示すように、折板屋根３は、鋼板を折り曲げて形成されており、凸部８と凹部９が交互に形成され、断面視略角波形状を有している。

折板屋根３には、カーポート２の前後方向に間隔を置いて並んだ５本の梁４が固定されている。なお、梁４の数は、カーポート２の大きさに対応した強度等を確保できれば適宜変更可能である。折板屋根３と梁４との固定はタイトフレーム１０（図２〜図４参照）を用いている。また、梁４の左右両端部には地面に立設した柱５が固定されている。

折板屋根３には、側壁部７が気密に固定されて垂設されており、側壁部７の下部には底板部６が気密に固定されている。図２に示すように、底板部６は、断熱部である断熱材１１入りの鋼板を折り曲げて形成されており、凸部１２と凹部１３が交互に形成された断面略角波形状を有している。本実施例の底板部６は、断面略角波形状のものを使用しているが、平板状のものを用いてもよい。底板部６は、側壁部７の下端に固定されると共に、後述する折曲板部２５から垂下された支持ボルト１４により吊持されている。側壁部７は、断熱部である断熱材１５入りの鋼板により形成されている。なお、本実施例の底板部６及び側壁部７は、断熱部として断熱材１１，１５を用いているが、断熱材１１，１５を使用せず、空気層による断熱部を形成してもよい。

本実施例の折板屋根３と底板部６は、図２（Ａ）に示すように、折板屋根３の凸部８と底板部６の凸部１２が上下に並んで配置され、折板屋根３の凹部９と底板部６の凹部１３が上下に並んで配置されているが、図２（Ｂ）に示すように、折板屋根３の凸部８と底板部６の凹部１３が上下に並んで配置され、折板屋根３の凹部９と底板部６の凸部１２が上下に並んで配置されてもよい。また、図２（Ｃ）に示すように、折板屋根３の凸部８及び凹部９と底板部６の凸部１２及び凹部１３が水平方向にずれて配置され、上下方向に並ばなくてもよい。また、折板屋根３と底板部６は、図３の右側、すなわち、カーポート２の正面側（前側）が低くなるように傾斜している。

本実施例では、折板屋根３、底板部６及び側壁部７により対流室１６が形成されている。

図２に示すように、折板屋根３は凸部８と凹部９が交互に形成され、断面略角波形状を有しているため、折板屋根３と梁４との間には、略等脚台形状の隙間１７が複数形成されている。折板屋根３及び梁４には上側規制部としての面戸板１８が固定されており、この面戸板１８が隙間１７を閉塞している。そのため、図３に示すように、対流室１６の上層空間は、梁４と面戸板１８によって、６箇所の分割空間１９，２０，２１，２２，２３，２４に分割されている。本実施例では梁４も上側規制部として機能する。

図４に示すように、梁４と底板部６との間には、下側規制部としての折曲板部２５が設けられている。折曲板部２５は、本体部２６と、本体部２６から上方へ折り曲げた規制部２７から構成されている。本体部２６と規制部２７とのなす角度θは、９０°〜１６０°に設定されており、１２０°〜１３５°に設定されることが好ましい。折曲板部２５は、梁４の下方に配設され、本体部２６が後述する送気パイプ３５の上端部４２に近い側に配置され、規制部２７が上端部４２から遠い側に配置される。すなわち、本体部２６は空気（暖気）の流れの上流側に配置され、規制部２７は下流側に配置される。本実施例では、図４の左側が右側よりも高くなるように底板部６が傾斜しており、本体部２６が底板部６の傾斜の下側に配置され、規制部２７が底板部６の傾斜の上側に配置されている。また、規制部２７は、上方の梁４よりも底板部６の傾斜の上側（暖気の下流側）に位置している。折曲板部２５は、梁４に係止されたコの字ボルト２８により支持されている。折曲板部２５は、上側と下側からボルトプレート２９，３０により挟持され、コの字ボルト２８は、折曲板部２５の本体部２６とボルトプレート２９，３０を貫通し、下側のボルトプレート３０の下側でナット３１と螺合している。また、支持ボルト１４は、底板部６、本体部２６、ボルトプレート２９，３０を貫通し、上側のボルトプレート２９の上側でナット３２と螺合している。そのため、底板部６と折曲板部２５との間には隙間Ｇ１が形成され、梁４と折曲板部２５との間の隙間Ｇ２が形成される。この隙間Ｇ１を空気(主に冷気）が流動し、隙間Ｇ２を空気（主に暖気）が流動する。折曲板部２５の長手方向の長さは、梁４の長手方向の長さと略同一に形成されており、折曲板部２５の長手方向両端は側壁部７に近接している。なお、本実施例の折曲板部２５の支持方法は一例であって、隙間Ｇ１，Ｇ２が形成されるように支持されれば、他の公知の支持金具を使用して折曲板部２５を支持してもよい。

図５に示すように、屋根融雪システム１は、空気を加熱する熱源部３３を有する加熱室３４と、対流室１６と加熱室３４とを連結する通気部としての送気パイプ３５及び回収パイプ３６を備えている。加熱室３４は密閉空間となっており、対流室１６と加熱室３４は送気パイプ３５及び回収パイプ３６により気密に連結されている。熱源部３３としては、ＦＦ式石油ファンヒーター、ＦＦ式ガスストーブ、電気ストーブ、オイルヒーター等が例示されるが、折板屋根３上の積雪を融かすためには空気を高温にする必要はなく、雪を融かすことができる温度に空気を加熱することがでるものであれば、他の熱源を用いてもよい。また、加熱室３４は、断熱材３７により被覆されている。なお、気密性は低下するが、人の居住空間を加熱室３４として使用し、居住空間に設置された暖房器具を熱源部３３としてもよい。

加熱室３４には対流室１６内で発生した水を外部へ排出する排水装置３８が設けられている。排水装置３８は、いわゆる排水トラップである。本実施例ではＰトラップを使用しているが、加熱室３４の外部からの臭気、ガス、害虫等の侵入を防ぐと共に、加熱室３４内部の熱を外部に放出し難い構造を有していれば、他の排水トラップを使用してもよい。排水装置３８は、封水３９を貯留する略Ｕ字形状の貯水部４０と、所定量以上となった余剰の封水３９を加熱室３４の外部へ排水する排水部４１を有している。なお、排水部４１は、排水溝（図示せず）に接続してもよい。

図３及び図５に示すように、送気パイプ３５は、上端部４２が底板部６を貫通して対流室１６内に挿入されており、下端部４３が加熱室３４の上壁部４４に連結されている。加熱室３４の上壁部４４には送風用のファンである送風ファン４５が設けられており、この送風ファン４５により、加熱室３４内で加熱された空気を効率良く対流室１６に送ることができる。図６に示すように、本実施例の送気パイプ３５は３本設置されているが、送気パイプ３５の数は、対流室１６の広さ等を考慮し適宜変更可能である。送気パイプ３５の上端部４２は、対流室１６内の高い位置まで延ばすことで、加熱された空気を対流室１６内の上層空間に放出し、折板屋根３を効率良く温めることができる。送気パイプ３５は断熱材４６により被覆されている。なお、温かい空気が上昇する性質により空気が加熱室３４から送気パイプ３５を通って対流室１６に至り、冷たい空気が降下する性質により空気が対流室１６から回収パイプ３６を通って加熱室３４に至るように、自然に空気が循環する場合には、送風ファン４５を設けなくてもよい。

図３及び図５に示すように、回収パイプ３６は、上端部４７が底板部６に連結されており、下端部４８が加熱室３４内で排水装置３８に連結されている。底板部６は傾斜して設けられており、空気と対流室１６内で発生した水が底板部６の上面を流動するようになっている。そのため、回収パイプ３６の上端部４７を底板部６の最も低い位置に連結することで、効率良く水を回収パイプ３６に集めることができる。底板部６の前側端部分には平板状の平板部４９が形成されており（図３参照）、この平板部４９に各凹部１３が連通している。この平板部４９が底板部６の最も低い部分であるため、各凹部１３を流動した空気と水は、この平板部４９で合流し、回収パイプ３６に流入するようになっている。回収パイプ３６は断熱材５０により被覆されている。なお、本実施例では設けていないが、対流室１６から空気を効率良く回収するため、回収パイプ３６に送風用のファンである回収ファン（図示せず）を設けてもよい。

図５に示すように、加熱室３４内に配置された部分の回収パイプ３６には、対流室１６から流動してきた空気を加熱室３４内に放出する分岐パイプ５１が設けられている。具体的には、分岐パイプ５１は排水装置３８のやや上側に設けられている。分岐パイプ５１は、開口部５２が分岐位置５３よりも上方に位置しており、回収パイプ３６内を流動してきた水が開口部５２から加熱室３４内に流出し難い構造となっている。

ここで、折板屋根３の上に積もった雪５４を融かす方法について説明する。なお、図３〜図５においては、加熱された空気、温かい空気及び暖気の流れを波線矢印で示し、冷却された空気、冷たい空気及び冷気の流れを直線矢印で示す。図３及び図４に示す点線の直線矢印は、底板部６の凹部１３内を流動する冷却された空気、冷たい空気及び冷気の流れを示している。まず、熱源部３３により加熱室３４内の空気を加熱する。次に、送風ファン４５を駆動させ、加熱された空気を送気パイプ３５内に引き込み、対流室１６に流動させる。対流室１６内に放出された空気は、梁４及び面戸板１８により移動が規制されるため、分割空間１９内の折板屋根３に沿って流動する。この時、空気の熱が折板屋根３に伝達すると共に、折板屋根３上の雪５４に伝達することで雪５４が融ける。さらに対流室１６に加熱された空気が送り込まれることにより、空気が主に梁４と折曲板部２５との間の隙間Ｇ２（図４参照）を通って分割空間２０内に流動し、分割空間２０の折板屋根３に沿って流動する。この時、折曲板部２５の本体部２６上方を流動し規制部２７に到達した空気は、規制部２７により斜め上方に誘導される。さらに対流室１６に加熱された空気が送り込まれると、空気が分割空間２１，２２，２３，２４に順次流動する。加熱された空気が分割空間１９，２０，２１，２２，２３，２４にそれぞれ一定時間留まることで、折板屋根３に効率良く熱を伝えることができる。液化した雪５４は、カーポート２に設けられた樋５５を流動し排水される。雪５４を融かすことで冷却された空気は、密度が高くなり、下方に移動し、主に底板部６の凹部１３に沿って回収パイプ３６に向かって流動し、底板部６と折曲板部２５との間の隙間Ｇ１（図４参照）を通り、回収パイプ３６を通って分岐パイプ５１の開口部５２から加熱室３４に放出される。対流室１６内の空気が冷却される際に空気中の水分が液化し、水滴が発生することがあるが、その水滴は、底板部６の凹部１３に沿って回収パイプ３６に向かって流動し、回収パイプ３６を通って排水装置３８に流動し、封水３９として使用される。加熱室３４に戻ってきた空気は、再度熱源部３３により加熱され、送気パイプ３５、対流室１６、回収パイプ３６、加熱室３４を循環する。対流室１６内では、梁４と底板部６との間の隙間Ｇ３（図４参照）が最も狭くなる位置であり、暖気と冷気の流動が滞り易いが、この位置に折曲板部２５を配置することにより、暖気が折曲板部２５の上方を流動し、冷気が折曲板部２５の下方を流動することで、暖気と冷気の流動が円滑となる。

本実施例の屋根融雪システム１は、図３に示すように、対流室１６を構成する折板屋根３に換気口５６が穿設されている。この換気口５６には換気用ダクト５７が取り付けられており、換気用ダクト５７の開口端部５８が閉塞蓋５９により開閉可能となっている。換気用ダクト５７は逆７字形状に形成されており、開口端部５８が下側に向いて開口しているため、雨水等が対流室１６内に流入し難くなっている。また、図５に示すように、加熱室３４の側壁上部には、外気を取り入れ可能な空気取入口６０が穿設されている。この空気取入口６０には、空気取入用ダクト６１が取り付けられており、空気取入用ダクト６１の下側の開口端部６２が閉塞蓋６３により開閉可能となっている。空気取入用ダクト６１は一端側が加熱室３４の外側に露出して配置されており、他端側が加熱室３４の内部に配置されている。空気取入用ダクト６１の下側の開口端部６２は下側に向いて開口しており、上側の開口端部６４は上側に向いて開口しているため、雨水等が加熱室３４内に流入し難くなっている。夏季等に折板屋根３が太陽により加熱され続けると対流室１６内の空気が加熱され高温となる。そのような場合に、閉塞蓋５９及び閉塞蓋６３を開け、送風ファン４５を駆動させることで、空気取入口６０から外気が加熱室３４内に流入し、送気パイプ３５を流動し、対流室１６内の加熱された空気を換気口５６から外部へ放出することができる。なお、換気口５６を設ける位置は特に限定されないが、送気パイプ３５から最も離れた位置、本実施例では分割空間２５の上方の折板屋根３に設けることが好ましい。また、換気口５６を設ける位置は、対流室１６内の空気を外部に放出できる位置であればよく、例えば、底板部６、側壁部７等に設けてもよい。また、空気取入口６０を設ける位置も特に限定はされないが、空気取入口６０を地面から離れた位置とすることで、砂埃の流入を抑制することができる。なお、換気口５６及び空気取入口６０には、対流室１６及び加熱室３４への害虫等の侵入を防ぐ防虫ネット（図示せず）が設けられている。

以上のように、本実施例の屋根融雪システム１は、折板屋根３と、折板屋根３の下方に設けられた対流室１６と、空気を加熱する熱源部３３を有する加熱室３４と、対流室１６と加熱室３４とを連通する送気パイプ３５及び回収パイプ３６と、を備え、対流室１６と加熱室３４と送気パイプ３５及び回収パイプ３６の内部を空気が循環することにより、対流室１６内を流動する加熱された空気により熱伝導率の高い折板屋根３を介して、折板屋根３上の雪５４を融かすことができる。また、対流室１６は、空気が流動するためのものであり、底板部６及び側壁部７には高い強度が要求されず、強度が必要な対流室１６を形成する上側の部材は広く普及している折板屋根３を使用できるため、設置コストを低廉とすることができる。また、対流室１６を折板屋根３の下方に設けるため、折板屋根３の上方に設ける場合と比較して外観意匠性を著しく低下させることがない。

また、本実施例の屋根融雪システム１は、対流室１６が、折板屋根３と底板部６と側壁部７により形成され、折板屋根３と側壁部７が気密に連結され、底板部６と側壁部７が気密に連結され、底板部６と側壁部７とが断熱材１１，１５を有することにより、対流室１６内の空気の熱が底板部６と側壁部７から外部に放出し難くし、折板屋根３に熱を効率的に伝達し、折板屋根３上の雪５４を融かすことができる。

また、本実施例の屋根融雪システム１は、対流室１６内の折板屋根３に空気の流れを規制する梁４及び面戸板１８が設けられていることにより、対流室１６の上層空間を分割し、分割空間１９，２０，２１，２２，２３，２４を形成することができる。そのため、加熱された空気が分割空間１９，２０，２１，２２，２３，２４にそれぞれ一定時間留まることで、折板屋根３に効率良く熱を伝えることができる。

また、本実施例の屋根融雪システム１は、梁４と底板部６との間に空気の流れを規制する折曲板部２５が設けられていることにより、加熱された空気を効率良く分割空間１９，２０，２１，２２，２３，２４の折板屋根３方向に流動させることができる。また、対流室１６の上層空間を流動する温かい空気と下層空間を流動する冷たい空気を折曲板部２５により分断し、空気を流れ易くすることができる。

また、本実施例の屋根融雪システム１は、対流室１６に換気口５６が設けられていることにより、対流室１６内、ひいては、加熱室３４、送気パイプ３５及び回収パイプ３６内の空気を換気口５６から外部に放出することができる。すなわち、対流室１６、加熱室３４、送気パイプ３５及び回収パイプ３６内を換気することができる。

その他、対流室１６、加熱室３４、送気パイプ３５及び回収パイプ３６は気密となっているため、屋根融雪システム１を連続使用することで、対流室１６、加熱室３４、送気パイプ３５及び回収パイプ３６内の空気に含まれていた水分は排水装置３８に回収される。そのため、対流室１６、加熱室３４、送気パイプ３５及び回収パイプ３６内の空気は乾燥し、カビ等の発生が抑制される。また、屋根融雪システム１は密閉された空間内で空気を循環させるものであるため、雪５４を融かすために冷却された空気であっても、冬季の外気よりも温度が高いため、外気を加熱する場合と比較して空気を加熱するための燃費効率を高めることができる。さらに、屋根融雪システム１を稼働させない冬季以外の期間は、底板部６及び対流室１６による断熱効果を得られる。特に夏季等に太陽により加熱された折板屋根３の熱が対流室１６の下側の空間へ伝導することを抑制できる。この効果は、屋根融雪システム１を車庫、工場、倉庫、住宅、体育館等に適用した場合に有効である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。本実施例では、本発明をカーポートに用いたが、車庫、工場、倉庫、住宅、体育館、自転車置き場等、金属屋根を使用した他の建造物に用いることができる。

１ 屋根融雪システム
３ 折板屋根
４ 梁
６ 底板部
７ 側壁部
８ 凸部
９ 凹部
１１ 断熱材（断熱部）
１４ 断熱材（断熱部）
１６ 対流室
１７ 隙間（第１の隙間）
１８ 面戸板
２５ 折曲板部
２６ 本体部
２７ 規制部
３３ 熱源部
３４ 加熱室
３５ 送気パイプ（通気部）
３６ 回収パイプ（通気部）
５６ 換気口
６０ 空気取入口
Ｇ１ 隙間（第２の隙間）
Ｇ２ 隙間（第３の隙間）

Claims (3)

1. 金属製の折板屋根と、
   前記折板屋根を固定する梁と、
   前記折板屋根の下方に設けられた対流室と、
   空気を加熱する熱源部を有する加熱室と、
   前記対流室と前記加熱室とを連通する通気部と、を備え、
   前記対流室と前記加熱室と前記通気部の内部を前記空気が循環し、
   前記折板屋根は凸部と凹部が交互に形成され、
   前記対流室が、前記折板屋根と、前記折板屋根の下方に設けられた底板部と、前記折板屋根と前記底板部に連結された側壁部と、により形成され、
   前記梁は前記対流室内に配置されると共に、前記凸部及び前記凹部が延びる方向と直交方向に延設され、
   前記折板屋根と前記梁との間には複数の第１の隙間が形成され、
   前記第１の隙間は面戸板により閉塞され、
   前記梁と前記底板部との間に折曲板部が設けられ、
   前記梁と前記折曲板部との間に第２の隙間が形成され、
   前記底板部と前記折曲板部との間に第３の隙間が形成され、
   前記折曲板部は、本体部と、前記本体部から上方へ折り曲げた規制部から構成され、
   前記本体部が前記規制部よりも前記通気部に近くなるように前記折曲板部が配置されていることを特徴とする屋根融雪システム。
2. 前記本体部と前記規制部のなす角度が９０°〜１６０°に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の屋根融雪システム。
3. 前記対流室に開閉可能な換気口が設けられ、前記加熱室に開閉可能な空気取入口が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の屋根融雪システム。

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