WO2007091679A1

WO2007091679A1 - 屋根の融雪構造及び融雪装置

Info

Publication number: WO2007091679A1
Application number: PCT/JP2007/052372
Authority: WO
Inventors: Hitoshi Shiga; Takao Yokoyama
Original assignee: Just Thokai Co., Ltd.
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2007-08-16
Also published as: JPWO2007091679A1; JP4324223B2

Abstract

　温度斑がほとんど生じず、屋根の軒側に滑り落とした雪のほとんどを効率良く融かすことができ融雪効率に優れ、またわずかなエネルギーの供給で済むためランニングコストが少なくて済むとともに工事面積が少なくて済み、新築・既設の屋根を問わず、わずかな工期で設置工事ができ施工性に優れる屋根の融雪構造を提供することを目的とする。　屋根２１の軒側に配置されたヒートパイプ２を備えた屋根の融雪構造であって、ヒートパイプ２が、熱源管５が添設若しくは貫設されたヘッダ管３と、ヘッダ管３から分岐した複数のヒートパイプ枝管４と、を有し、ヒートパイプ２の上面に遠赤外線放射板８が配設された構成を備える。

Description

屋根の融雪構造及び融雪装置

技術分野

[0001] 本発明は、屋根に積もった雪を融かして除去する屋根の融雪構造及び融雪装置に関するものである。

背景技術

[0002] 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、大きな問題となって、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、屋根力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力して除去する融雪装置が提案されて!ヽる。

従来の技術としては、（特許文献 1)〖こ「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力も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。特許文献 1：特公平 2 -48711号公報

特許文献 2：実公平 3 - 50867号公報

特許文献 3：実開平 6— 43166号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

し力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カゝらなる発熱体 (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「す力 S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、結局は雪降ろしを行わなければならな、と、う課題を有して、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、ヒートノイブ (3)や蒸気ヘッダ (4)力も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、う課題を有して、た。

(4)また、温水パイプの経路が長、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、う課題を有して、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つ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、う課題を有して、た。

[0004] 本発明は上記従来の課題を解決するもので、ヘッダ管力も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温度斑がほとんど生じず、屋根の軒側に滑り落とした雪のほとんどを効率良く融かすことができ融雪効率に優れ、またわずかなエネルギーの供給で済むためランニングコストが少なくて済むとともに工事面積が少なくて済み、新築'既設の屋根を問わず、わず力ゝな工期で設置工事ができ施工性に優れる屋根の融雪構造を提供することを目的とする。

また、本発明は、温度斑力、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。

課題を解決するための手段

[0005] 上記従来の課題を解決するために本発明の屋根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に記載の屋根の融雪構造は、屋根の軒側に配置されたヒートパイブを備えた屋根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たヘッダ管と、前記ヘッダ管から分岐した複数のヒートパイプ枝管と、を有し、前記ヒートパイプの上面に遠赤外線放射板が配設された構成を有して、る。

この構成により、以下のような作用が得られる。

(1)屋根面には室内暖房等の生活熱が伝わるので、屋根に積もった雪の屋根面との接触面を融かし屋根勾配に沿って雪を軒側に滑り落とすことができる。屋根の軒側部分にはヒートパイプが配置され、その上面に遠赤外線放射板が配設されて、るので、軒側に滑り落とした雪をヒートパイプで加温された遠赤外線放射板との接触面で融かすことができ融雪効率に優れる。

(2)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設しているので、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、ヘッダ管力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。

(3)複数のヒートパイプ枝管を、屋根の設置面を広くカバーするようにヘッダ管力も分岐させて!/、るので、ヘッダ管の長さが短くても遠赤外線放射板の広、面積をヒートパィプ枝管で加温できるため、ヘッダ管の長さ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力、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)ヒートパイプの上面に遠赤外線放射板を配設しているので、熱源管に熱媒体を供給すればヘッダ管及びヒートパイプ枝管が遠赤外線放射板に熱を伝達し、遠赤外線放射板カゝら放射される遠赤外線によって、屋根雪を屋根カゝら落下させることなく融力すことができる。

(5)軒側部分だけに遠赤外線放射板及びヒートパイプを配設するので工事面積が少なくて済み、新築'既設の屋根を問わず、わずかな工期で設置工事ができ施工性に優れる。

[0006] 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。

[0007] ヘッダ管やヒートパイプ枝管は、遠赤外線放射板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、遠赤外線放射板への伝熱面積を広げることができる。

[0008] 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 °C前後まで凍結しな!ヽ不凍性の作動流体が封入されて！、る。

[0009] 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、工場や家庭力も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、熱源管の壁面とへ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。

[0010] 遠赤外線放射板としては、金属製等の板材の表面に、アルミナ，シリカ，ジルコユア

,チタ-ァ，マグネシアやこれらの複合酸ィ匕物、窒化ケィ素，炭化珪素等のセラミックス、ケィ素、炭化物を含有した塗膜、溶射膜等が形成されたものを用いることができる。また、アルミナ，シリカ，ジルコ-ァ，チタ-ァ，マグネシアやこれらの複合酸化物、窒化ケィ素，炭化珪素等のセラミックス、ケィ素、炭化物で板状に形成されたものを用いることもできる。また、石油コータス等を原料とした人造黒鉛材料等の炭素材料、炭素繊維、麦飯石や天照石等の天然鉱物、炭素材料や天然鉱物、炭素繊維等と合成榭脂材料とを複合した複合材料等で板状に形成したものも用いることができる。 [0011] 遠赤外線放射板は、赤外線吸収波長 2. 5〜7 μ m領域の遠赤外線放射率 50%以上、熱伝導率 0. 2WZm'K以上、比熱 2100jZkg'K以下という特性を満足するものが好適に用いられる。良好な融雪性を発現させるためである。なお、遠赤外線放射率は、分光放射率を測定することによって求められる。また、比熱は、レーザフラッシュ法によって求められる。熱伝導率は、レーザフラッシュ法によって求められた熱拡散率、比熱及び遠赤外線放射板の密度カゝら求められる。

遠赤外線放射率 ίま、水の吸収波長、特【こ 2. 66 μ m、 2. 73 μ m、 6. 27 μ m【こお V、て 50%以上好ましくは 80%以上であるものが特に好ま U、。水分子の振動が遠赤外線によって励起され融雪性が増大する力である。

熱伝導率は、 0. 2WZm'K以上好ましくは 0. 5WZm'K以上であるものが好適であるが、その理由は、 0. 2WZm'Kより低くなると、ヒートパイプや熱源管力も供給される熱エネルギーの損失が大きくなり、遠赤外線放射板による融雪効果が低下する力である。

比熱が 2100jZkg'Kを超えると、遠赤外線放射板の蓄熱量が多く熱移動に時間を要し融雪効果が低下するため好ましくな、。

[0012] 本発明の請求項 2に記載の発明は、請求項 1に記載の屋根の融雪構造であって、前記ヒートパイプ枝管の両端部が、 2本の前記ヘッダ管の各々に連通し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)ヒートパイプ枝管の両端部力 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、遠赤外線放射板に面した雪をさらに斑なく融かすことができる。

[0013] 本発明の請求項 3に記載の発明は、請求項 1又は 2に記載の屋根の融雪構造であつて、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前記遠赤外線放射板との当接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)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遠赤外線放射板との当接面が平坦で幅広に形成されて、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、遠赤外線放射板との熱伝達効率を高めることができる。

[0014] 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。

[0015] 本発明の請求項 4に記載の発明は、請求項 1乃至 3の内いずれか 1に記載の屋根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乃至 3の内いずれか 1で得られる作用にカ卩え、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力遠赤外線放射体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、遠赤外線放射板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、遠赤外線放射板をヒートパイプと熱分散部材の全面で支持できるので、雪の重みで遠赤外線放射板が変形したり割れたりするのを防止できる。

[0016] 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。

[0017] 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〜lmm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遠赤外線放射板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割れたりする傾向がみられる。 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。

[0018] 本発明の請求項 5に記載の融雪装置は、請求項 1乃至 4の内いずれか 1に記載の屋根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カゝ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°C前後と安定した温度の地中熱で不凍液を 13°C程度に加温し、この不凍液を熱源管に循環させるので、ヒートパイプや遠赤外線放射板を 2°C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。

[0019] 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、螺旋状等に形成された地中熱交換器等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^^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、ボアホールのパイプや地中熱交換器内、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、少ない揚程で熱媒体を容易にボアホール力も屋根まで上げることができる。

[0020] 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。

[0021] 本発明の請求項 6に記載の発明は、請求項 5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ヽる。

この構成により、請求項 5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。

発明の効果

[0022] 以上のように、本発明の屋根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)屋根の軒側部分にヒートパイプの上面に遠赤外線放射板が配設されているので、軒側に滑り落とした雪を遠赤外線放射板の接触面で融かすことができ融雪効率に優れた屋根の融雪構造を提供することができる。

(2)わずかな温度差があればヘッダ管力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の融雪構造を提供することができる。

(3)ヘッダ管力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力、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の融雪構造を提供することができる。 (4)ヒートパイプの上面に遠赤外線放射板を配設しているので、熱源管に熱媒体を供給すればヘッダ管及びヒートパイプ枝管が遠赤外線放射板に熱を伝達し、遠赤外線放射板カゝら放射される遠赤外線によって、屋根雪を屋根カゝら落下させることなく融かすことができる屋根の融雪構造を提供することができる。

(5)工事面積が少なくて済み、新築'既設の屋根を問わず、わずかな工期で設置ェ事ができ施工性に優れた屋根の融雪構造を提供することができる。

[0023] 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)ヒートパイプの温度斑をさらに少なくすることができ、遠赤外線放射板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の融雪構造を提供することができる

[0024] 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)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の融雪構造を提供することができる。

[0025] 請求項 4に記載の発明によれば、請求項 1乃至 3の内いずれか 1の効果にカロえ、

(1)ヒートパイプ枝管及びヘッダ管力遠赤外線放射体へ確実に熱伝達させることができ融雪斑の少ない屋根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、遠赤外線放射板の温度斑を小さくすることができ融雪斑の少な、屋根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、遠赤外線放射板をヒートパイプと熱分散部材の全面で支持できるので、雪の重みで遠赤外線放射板が変形したり割れたりするのを防止し耐久性に優れた屋根の融雪構造を提供することができる。

[0026] 請求項 5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。

[0027] 請求項 6に記載の発明によれば、請求項 5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。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]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

[図 2]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

[図 3]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 4]図 3の A— A線における要部断面端面図

[図 5] (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

[図 6]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

[図 7]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

符号の説明

[0029] 1 融雪装置

2, 2a ヒートパイプ

3 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 遠赤外線放射板

10 ボアホーノレ

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 家屋

21 屋根

22 垂木

23 野路板

24 広小舞

25 スぺーサ

26 下地材

27 鼻隠

28, 28a 熱分散部材

28b 断熱材

29 傾斜板

30 屋根材

発明を実施するための最良の形態

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)は熱分散部材の変形例の要部断面図である。

図 1にお、て、 1は家屋 20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の軒側部分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間を連結する継手、 8は炭素材料等で板状に形成されヒートパイプ 2の上面に配設された遠赤外線放射板である。本実施の形態にお!、ては、遠赤外線放射板 8は炭素材料を含有した炭素繊維等の繊維強化合成樹脂製で板状に形成されており、赤外線吸収波長 2. 5〜7 m領域の遠赤外線放射率 50% 以上、熱伝導率 0. 2WZm'K以上、比熱 2100jZkg'K以下のものを用いている。

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!/、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,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,ノィプ 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°C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力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の勾配方向に対して略直交、ヒートパイプ枝管 4が屋根 21の勾配方向に沿うように屋根 21の軒側に設置されている。また、ボアホール 10で加温された熱媒体は、輸送管 13内を通つて屋根 21に設置されたヒートパイプ 2の軒側の熱源管 5から導入され、継手 7を通つて隣接するヒートパイプ 2の熱源管 5内を流れ、接続管 6を通って棟側のヘッダ管 3の熱源管 5を流れ、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、 25は合板等で軒先に向カゝつて漸次肉厚に形成され垂木 22の上部の野路板 23の上面に配設されたスぺーサ、 26 は合板，アルミニウム製等で板状に形成されスぺーサ 25, 25間に架設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,スぺーサ 25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は合板等で軒先に向かって漸次肉厚に形成されスぺーサ 25の軒側の野路板 23の上面に配設された傾斜板、 30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の棟力野路板 23,傾斜板 29,ヒートパイプ 2の上面に配設された遠赤外線放射板 8の一部にかけて敷設された屋根材である。

なお、本実施の形態においては、遠赤外線放射板 8はスぺーサ 25によって、略水平に配設されている。

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、平坦面を遠赤外線放射板 8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ィ匕することができ、また開口部に断熱材 28bが嵌装されて!、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。

[0033] 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°C前後の地中熱によって 13°C 程度に加温される。加温されたパイプ 12内の熱媒体を、輸送管 13に配設されたボンプ 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の軒側の熱源管 5に導入する。熱媒体は軒側の熱源管 5から接続管 6を通って棟側の熱源管 5を流れ、輸送管 13からボアホール 10のパイプ 12へ還流されてループ配管内を循環する。まず軒側のヘッダ管 3を熱媒体で加熱することで、熱媒体の保有する熱が軒側のへッダ管 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及び棟側のへッダ管 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の壁を通じて遠赤外線放射板 8へ放熱する。軒側のヘッダ管 3の熱源管 5を流れた熱媒体は、次に棟側のヘッダ管 3の熱源管 5に入りヘッダ管 3内の作動流体を蒸発させ、熱交換し凝縮した作動流体はヘッダ管 3へ還流される。ヒートパイプ 2内ではこれを繰り返して遠赤外線放射板 8〖こ放熱し、遠赤外線放射板 8は表面の雪に放熱して融雪する。なお、屋根材 30は家屋 20の室内暖房等の生活熱で暖められるので、棟側の屋根材 30に積もった雪の接触面を融かし屋根勾配に沿って雪を軒側の遠赤外線放射板 8に滑り落とすことができる。以上のように、生活熱によって屋根材 30上の雪を軒側の遠赤外線放射板 8に滑り落とし、地中熱によって暖められた熱媒体でヒートパイプ 2に封入された作動流体の蒸発'凝縮を繰り返すことによって、熱を遠赤外線放射板 8に伝え遠赤外線放射板 8 上の雪を融かすことができる。

[0034] 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 2の上面に遠赤外線放射板 8を配設しているので、熱源管 5に熱媒体を供給すれば、ヘッダ管 3内での作動流体の蒸発とヒートパイプ枝管 4内での凝縮に伴う潜熱の授受により、ヒートパイプ 2に密着した遠赤外線放射板 8を加熱し融雪できるので、わずかなエネルギーの供給で済むためランニングコストが少なくて済む。

(2)軒側部分だけに遠赤外線放射板 8及びヒートパイプ 2を配設するので工事面積が少なくて済み、屋根 21が新築'既設のいずれの場合であってもわず力な工期で設置工事ができ施工性に優れる。

(3)遠赤外線放射板 8は、赤外線吸収波長 2. 5〜7 m領域の遠赤外線放射率 50 %以上、熱伝導率 0. 2WZm'K以上、比熱 2100jZkg'K以下の特性を満足しているので、良好な融雪性を発現させることができる。

(4)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の温度斑をさらに少なくすることができ、遠赤外線放射板 8に面した雪をさらに斑なく融かすことができる。

(5)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、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、遠赤外線放射板 8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。

(6)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、るので、ヒートパイプ枝管 4及びヘッダ管 3から遠赤外線放射体 8へ確実に熱伝達させることができる。

(7)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、遠赤外線放射板 8の温度斑を小さくすることができる。

(8)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、遠赤外線放射板 8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、雪の重みで遠赤外線放射板 8が変形したり割れたりするのを防止できる。

(9)遠赤外線放射板 8の軒先の先端がヘッダ管 3で温められるので、氷柱ができるのを防止できる。

(10)軒先に向力つて漸次肉厚に形成されたスぺーサ 25が配設されており、遠赤外線放射板 8が略水平に配設されてヽるので、雪が遠赤外線放射板 8の上面から滑り落ちるのを防止して遠赤外線放射板 8の上面で完全に融かすことができる。このため、雪のかたまりが軒先から落下するのを防止できる。

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力 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、遠赤外線放射板 8に面した雪を斑なく融かすことができる。

(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や遠赤外線放射板 8を 2°C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、ように充填されて、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, ノイブ 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,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、野路板 23の上面にスぺーサ 25を配置して、スぺーサ 25に架設した下地材 26の上にヒートパイプ 2を設置し、遠赤外線放射板 8を略水平に配設した場合について説明した力積雪量の少ない地域では、スぺーサ 2 5の軒側の厚さを本実施の形態のものより薄くして、遠赤外線放射板 8の勾配を屋根 21の勾配よりやや緩やかにする程度に施工することもできる。また、遠赤外線放射板 8の勾配を変えない場合には、スぺーサ 25及び下地材 26を用いずに、野路板 23の上面にヒートパイプ 2を設置することができる。

また、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スぺーサ 25を配置し、スぺーサ 25, 25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、屋根材の上に下地材 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、屋根の勾配方向に沿つて瓦棒が形成されている場合は、瓦棒の上や瓦棒の間にスぺーサ 25を配置し、スぺーサ 25, 25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、本実施の形態においては、ヒートパイプ 2のヘッダ管 3が屋根 21の勾配方向に対して略直交、ヒートパイプ枝管 4が屋根 21の勾配方向に沿うように設置されてヽる場合について説明したが、ヒートパイプ枝管 4が屋根 21の勾配方向に対して略直交、ヘッダ管 3が屋根 21の勾配方向に沿うように設置する場合もある。この場合、熱媒体を導入する輸送管 13を熱源管 5の軒側と接続するのが好ましい。ヒートパイプ 2 に封入され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、ため、まずへッダ管 3の軒側を熱媒体で加熱することで、作動流体を多量に蒸発させることができるカゝらである。

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、排熱で遠赤外線放射板 8の温度を一時的に上げて融雪することができ排熱の有効利用ができる。

[0037] (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、へッダ管 3が屋根 21の軒側に設置され、実施の形態 1と同様に施工される。

[0038] 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)ヒートパイプ枝管 4aの一端がヘッダ管 3に連通しているので、屋根 21に設置した際の熱媒体の循環経路を簡略化させることができる。

(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遠赤外線放射板 8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。

[0039] (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、へッダ管 3が屋根 21の軒側に設置され、実施の形態 1と同様に施工される。

[0040] 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)ヒートパイプ枝管 4bの一端がヘッダ管 3に連通しているので、屋根 21に設置した際の熱媒体の循環経路を簡略化させることができる。

(2)ヒートパイプ枝管 4bの他端に均圧管 4cが連通して、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。

産業上の利用可能性

[0041] 本発明は、屋根に積もった雪を融かして除去する屋根の融雪構造及び融雪装置に関し、屋根の軒側に滑り落とした雪のほとんどを効率良く融かすことができ融雪効率に優れ、またわずかなエネルギーの供給で済むためランニングコストが少なくて済み、さらに工事面積が少なくて済み、新築'既設の屋根を問わず、わずかな工期で設置工事ができ施工性に優れる屋根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を目的とする。

Claims

請求の範囲

[1] 屋根の軒側に配置されたヒートパイプを備えた屋根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たヘッダ管と、前記ヘッダ管から分岐した複数のヒートパイプ枝管と、を有し、前記ヒートパイプの上面に遠赤外線放射板が配設されて、ることを特徴とする屋根の融雪構造。

[2] 前記ヒートパイプ枝管の両端部が、 2本の前記ヘッダ管の各々に連通していることを特徴とする請求項 1に記載の屋根の融雪構造。

[3] 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前記遠赤外線放射板との当接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又は 2 に記載の屋根の融雪構造。

[4] 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乃至 3の内、ずれか 1に記載の軒側融雪装置。

[5] 請求項 1乃至 4の内、ずれか 1に記載の屋根の融雪構造で用いる融雪装置であつて、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、ることを特徴とする融雪装置。

[6] 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 5 に記載の融雪装置。