WO2007091680A1 - 屋根や庇の融雪構造及び融雪装置 - Google Patents

Abstract

　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。 　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、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略平行に配設されたヒートパイプ枝管４と、を有し、ヒートパイプ枝管４が、屋根２１や庇の勾配方向と略直交して配置された構成を備える。

Description

屋根や庇の融雪構造及び融雪装置

技術分野

[0001] 本発明は、屋根や雁木等の庇に積もった雪を融カゝ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。

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締め固められ、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、締め固まる前の柔らかな状態のうち に融力して屋根や庇力も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 ノイブ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 若しくは貫設されたヘッダ管と、前記ヘッダ管力 分岐した複数の略平行に配設され たヒートパイプ枝管と、を有し、前記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 、る構成を有して 、る。

この構成により、以下のような作用が得られる。

(1)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。

(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カされ、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カされる。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カ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、屋根力も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 力 分岐させて 、るので、ヘッダ管の長さが短くても屋根や庇の広 、面積をヒートパ イブ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。

[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、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。

[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] 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。

[0011] 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つ て、前記ヒートパイプ枝管の各々の両端部が、間隔をあけて配設された 2本の前記へ 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。

[0012] 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、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 、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上面 (伝熱面）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、屋根面との熱伝達効率を高めることができる。

[0013] 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。

[0014] 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 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！/ヽる。 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。

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] 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°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、ヒートパイプや屋根面を 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。

[0018] 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^^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 にボアホール力も屋根まで上げることができる。

[0019] 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。

[0020] 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

[0021] 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カされ 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や庇の 融雪構造を提供することができる。

[0022] 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、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。

[0023] 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。

[0024] 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 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 、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。

[0025] 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。

[0026] 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

[0027] [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

[図 8]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 造の屋根材を除レヽた状態を示す模式斜視図 符号の説明

1 融雪装置

2, 2a, 2c, 2d ヒー卜ノィプ

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, 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

発明を実施するための最良の形態 [0029] 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 、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!/、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内のノィプ 12,輸送管 13,ボン 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。

[0030] 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 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の熱で融カ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 ることがでさる。

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の軒側力も導入され、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 イブ枝管 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°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 (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の棟側力も入って屋根 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 、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に向力つ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に棟側力 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へッ 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 力され、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 によって融カされる。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 力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 、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 ノイブ枝管 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及びへッ 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 、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 ることがでさる。 (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の軒先の先端力ヒートパイプ枝管 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°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,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。 [0035] 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ぺーサを 配置し、スぺーサとスぺーサの間に下地材 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 ノイブ 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。

[0036] (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。

[0037] 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ィ匕できる 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。

[0038] (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。

[0039] 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ィ匕できる 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 、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。

[0040] (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は棟側に向力つ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は軒側に向力つ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 60〜9 0° 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 力して除去することができる。

[0041] 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。

産業上の利用可能性

[0042] 本発明は、屋根や雁木等の庇に積もった雪を融カゝ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カして屋根や庇か 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

請求の範囲

[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たヘッダ管と、前記ヘッダ管か ら分岐した複数の略平行に配設されたヒートパイプ枝管と、を有し、前記ヒートパイプ 枝管力 屋根や庇の勾配方向と略直交して配置されていることを特徴とする屋根や 庇の融雪構造。

[2] 前記ヒートパイプ枝管の各々の両端部が、間隔をあけて配設された 2本の前記へッ ダ管の各々に連通して 、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] 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又は 2に記載の屋根や庇の融雪 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 ヽずれか 1に記載の屋根や庇の融雪構造。

[5] 請求項 1乃至 4の内 、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!/、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。