JP4052630B2 - 融雪屋根構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、夏季等において屋根瓦や道路の温度上昇を抑え、冬季等において、屋根瓦や道路への積雪を防止、又は、このような積雪を迅速に融雪しする融雪葺材、融雪屋根構造、及び融雪舗装構造に関する。更に、本発明は、融雪葺材や融雪舗装構造の材料になる他、あらゆる建築資材、土木資材、熱導体、遮音材、電磁波遮蔽材として広範に適用可能な炭素複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、積雪の多い地方では、屋根に積もった雪の荷重から家屋等を守るために、雪掻きする等して屋根から雪を除去していた。また、交通の安全を確保するため、融雪材を路面に散布したり、道路に積もった雪を除雪車によって除去したり、或いは、路面に温水を適時流すことによって積雪を防止していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、積雪の度に、雪掻きを行うのは煩雑な作業の繰り返しである上、屋根に登って行う作業であるので危険も伴うことになる。また、融雪材の散布や除雪車による除雪作業では、一時的な効果しか期待できず、また、路面に温水を流すには、水道管の埋設や温水を供給する施設が必要となるので、その設置及び運用経費が膨大になるという問題がある。更には、夏季において、屋根瓦や舗装路が、日中に強い太陽光を受けて温度上昇し、これに伴って気温が著しく上昇するという、所謂ヒートアイランドの問題が起こった。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、製造、設置又は運用が低コストで実現でき、しかも、常時効果的な融雪又は積雪の防止が可能な、融雪葺材、融雪屋根構造、融雪舗装構造、及び炭素複合材料を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る融雪屋根構造に用いる融雪葺材は、セメントと骨材とパウダー状の炭素成分とを含み該炭素成分の含有率が１５重量％乃至４０重量％である炭素複合材料から成る波瓦、平瓦、軒瓦、波板、スレート又はタイル状の小片の熱伝導するものであって、熱導体を挿通する挿通孔を形成したものである。
【０００６】
更に、本発明に係る融雪屋根構造に用いる加熱手段は、発熱源、該発熱源から発生した熱を融雪葺材に伝導する棒状の熱導体、を有する。
【０００７】
本発明に係る融雪屋根構造に用いる融雪葺材の炭素成分は、例えば、パウダー状の黒鉛、無定形炭素、又は活性炭から成る。
【０００８】
本発明に係る融雪屋根構造は、複数の融雪葺材同士を纏めて１本の前記熱導体で野地板に固定するものである。
【０００９】
本発明に係る融雪屋根構造は、加熱手段により融雪葺材の表面温度を０℃乃至３℃に保つようにするものである。
【００１０】
本発明に係る融雪屋根構造は、融雪舗装構造にも応用できる。
【００１１】
本発明に係る融雪屋根構造に用いる加熱手段は、風力発電又は太陽光発電による電力を、融雪葺材又は融雪舗装材へ供給する熱に変換するものを適用しても良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る融雪葺材、融雪屋根構造、融雪舗装構造、及び炭素複合材料を、以下に図面に基づき説明する。
【００１３】
図１、図２に示すように、本実施の形態に係る融雪屋根構造１０は、屋根１に葺いた融雪葺材２が後述の炭素複合材料を主体として成り、この融雪葺材２を加熱手段３により加熱するものである。屋根１とは、野地板７や野地桟７０の有無に関わらず建物の母屋又は庇の上部、更には、風雨に直接曝されるような建物の上部又は上面を包括する。
【００１４】
融雪葺材２は、図３に示すように、熱導体４を接続する接続部５を形成したものである。図３（ａ）は、融雪葺材２の裏面に、熱導体４を貼り付けた形態である。葺材本体２の形態としては、矩形の波瓦を図示したが、平瓦、軒瓦、波板、スレート又はタイル状の小片であっても良い。
【００１５】
加熱手段３は、図２に示すように、熱を発生する発熱源６と、融雪葺材２に接続して発熱源６の熱を伝導する上記の熱導体４と、後述の電源１２，１３とから構成されている。発熱源６としては、電子調理器等として周知の電磁誘導加熱器を適用する。これは、火気を用いないので防火の観点から好ましい。電磁誘導加熱器の具体的な構成については説明を省略する。この他、発熱源６としては、ニクロム線等に電流を流して発熱するような電熱器、更に、このような電熱器にファンを組み合わせて成る温風機であっても良い。或いは、ボイラー等の余熱を熱導体４へ供給しても良い。
【００１６】
熱導体４としては、隣接する個々の融雪葺材２同士を連結する金具やワイヤーロープ、針金等を適用しても良いが、図１のような棒材又は管材であれば更に好ましい。或いは、熱導体４の材質としては、アルミニウム、銅、チタン等の他、炭素複合材料のような良好に熱伝導する非金属材料を適用しても良い。また、図３（ｂ）とそのＸ−Ｘ断面を図４に示すように、棒状の熱導体４を適用し、接続部５を、このような棒状の熱導体４を挿通する挿通孔とするのが望ましい。これは、以下の理由による。
【００１７】
即ち、図１、２に示すように、屋根１に葺かれた複数の融雪葺材２同士を纏めて一本の熱導体４で固定できる。このため、屋根１全体の構造を簡単にでき、しかも、個々の融雪葺材２を金具や釘等を用いて野地板７に固定する手間が省けるので、屋根１の施工が迅速且つ容易に行える。更には、継ぎ目の無い一本の熱導体４により熱を伝導できるので、複数の融雪葺材２に効率良く熱供給できる。
【００１８】
尚、加熱手段３は、屋根１の野地板７と融雪葺材２の間に介在又は融雪葺材２を貫通する電熱線であっても良い。或いは、加熱手段３が、屋根１の野地板７と融雪葺材２の隙間に温風を送る温風機であっても良い。この場合、電熱線によって直接に融雪葺材２を加熱できるため熱導体４を省略できると共に、融雪葺材２に接続部５を形成しなくても良い。
【００１９】
また、熱導体４として上記のような針金を適用する場合には、接続部５の形態を、図３（ａ）に示すような針金を挿通可能な小孔としても良い。或いは金具を係合可能な構造又はアタッチメント構造としても良い。詳しくは、融雪葺材２のＸ−Ｘ断面の変形例を図５に示すように、融雪葺材２の下面に熱導体４を没入する溝部５０を形成したり、熱導体４を掛止めする鉤形のアタッチメント金具５１を、融雪葺材２のネジ孔５２に締結するビス５３で、融雪葺材２に固定しても良い。或いは、融雪葺材２の下面に一対の凸条を形成し、これらの間を溝部５０としても良い。
【００２０】
また、挿通孔である接続部５を形成するの向きは、図３（ｂ）に示す通り、梁又は桁行の何れの方向でも良い。また、融雪葺材２同士を確実に密接できる場合には、熱導体４を省略しても隣接する融雪葺材２間で熱伝導が可能である。また、融雪葺材２に温風又は温水を導入するための中空部を形成しても良い。この場合、中空部として挿通孔である接続部５を利用しても良い。上記の温風とは、室内の暖房によって温められた空気が上昇し、屋根１へ到達するものでも良い。更に、このための風道を屋根裏に設置しても良い。
【００２１】
上記の炭素複合材料は、その主な組成成分を下記の表１に重量百分率で表したように、バインダーと骨材に、所定分量の炭素成分を混入したものである。更に、バインダーに、チタン又は帆立貝の貝殻を粉末にした添加剤を加えても良い。炭素成分は、パウダー状の黒鉛、木炭や竹炭等の無定形炭素、活性炭が代表的である。
【００２２】
この他、炭素成分は、家庭の生ゴミ等の廃棄物、下水道等に堆積する所謂ヘドロ、又は合成樹脂を不活性雰囲気の中で加熱して得られる炭化物でも良い。これらの炭化物を利用する事で、炭素複合材料の大量生産に対応できる。即ち、炭素複合材料はその多用途の可能性から今後は膨大な需要が見込まれており、炭素成分が大量に必要となる。
【００２３】
【表１】

【００２４】
同表は、その最も左側の第１欄に炭素成分の分量を記し、その右側の順次第２乃至第４欄に、バインダを構成するセメントの分量、同じくバインダを構成する黒色硬化砂岩の分量、第１欄に対応する試験結果、周知のセメント瓦による比較値を、それぞれ記している。
【００２５】
上記の融雪葺材２は、バインダであるセメントと、骨材である黒色硬化砂岩とを混練し、これに第１欄に記した分量の炭素成分を混入して得られる可塑性材料を、例えば成形型に流し込みつつ、加圧、加熱又は焼結することによって製造される。上記の試験結果は、気温が約５℃の条件で、この気温より僅かに低温となる融雪葺材２の上面（３〜５℃）に、一辺約３ｃｍの角氷を載置したときに、この角氷が融けて流れる迄に要する時間を示している。上記の比較値は、周知のセメント瓦について、同条件で同時間を計測して得られた値である。
【００２６】
同表によれば、セメントと黒色硬化砂岩とを混練し、これに１５％の炭素成分を混入した場合に、試験結果が２７分となる。更に、炭素成分の分量を２０％乃至４０％に増加させると、試験結果が１５〜１２分へと短縮する。このように炭素成分の分量を増加するにつれて、融雪葺材２の総重量は軽くなる傾向を示す。
【００２７】
例えば、炭素成分が２０％の融雪葺材２は、セメントと黒色硬化砂岩のみを混練して製造した同体積のセメント瓦に比較して、総重量が３０％軽減する。同表に記載していないが、炭素成分の分量が４０％を超えると、更に試験結果は短縮する傾向にある。但し、融雪葺材２が物性が脆くなる傾向が認められるので、これを硬化させるために高温加熱しなければならず、その分、製造コストが高騰する。
【００２８】
上記のように、炭素成分の分量を１５％乃至４０％に設定したときに、角氷が融ける時間が短くなるのは、融雪葺材２の熱伝導率が極めて良好な値（約８０〜１２０ kcal／ｍ・ｈr‐℃）を示し、これにより、融雪葺材２の上面に載置した角氷に、融雪葺材２の蓄熱及びその周囲の熱が急速に供給されるためである。
【００２９】
従って、上記の加熱手段３により、融雪葺材２の表面温度を０℃乃至３℃、好ましくは０℃乃至１℃に常時保つようにすれば、融雪葺材２上に降った雪が即時融けるので、融雪葺材２上に雪が積もることがない。しかも、融雪葺材２を０℃付近に維持さえすれば良く、加熱手段３の出力に殆ど依存しなくて済むので、加熱手段３に電源として供給する電力も節減できる。
【００３０】
また、融雪葺材２は熱を急速に伝導し、その周囲に放熱できるので、夏季等において、日中に強い太陽光を受けても、融雪葺材２自身が著しく温度上昇することはない。従って、家屋の密集する住宅地等における気温上昇を抑えられる。更にこの効果を顕著にするには、例えば、室内の冷房によって冷却された空気を屋根１へ誘導し、この空気に融雪葺材２の熱を放熱しても良い。
【００３１】
更に、上記の炭素複合材料の技術は、道路や敷地の舗装材としても応用できる。以下に、本発明の実施の形態に係る融雪舗装構造について説明する。図６、７に示すように、当該融雪舗装構造２０は、炭素複合材料からなる可塑性の融雪舗装材８を路面９に敷設し、この融雪舗装材８を加熱手段３により加熱するように構成したものである。
【００３２】
この場合、バインダとしてアスファルトを適用し、更に骨材として砂利や砂等を混合する。更に、バインダに繊維材を混入して物理的強度を増大するようにしても良い。融雪舗装材８は、一体物ではなく、炭素複合材料でブロック状の塊８０を形成し、この炭素複合材料の塊８０を複数集積した状態で路面９に敷設しても良い。
【００３３】
また、この場合に適用する加熱手段３は既述のものが適用できる。加熱手段３の熱導体４は、融雪舗装材８に埋め込んでも良い。また、加熱手段３は、路面９と融雪舗装材８との間に介在又は融雪舗装材８に埋め込んだ電熱線であっても良く、路面９と融雪舗装材８との隙間に温風を送る温風機であっても良い。
【００３４】
融雪舗装構造２０によれば、融雪舗装材８の表面温度を０℃乃至３℃、好ましくは０℃乃至１℃に常時保つようにすれば、融雪舗装材８上に降った雪が即時融けるので、融雪舗装材８上に雪が積もることがない。しかも、融雪舗装材８を０℃付近に維持さえすれば良く、加熱手段３の出力に殆ど依存しなくて済むので、加熱手段３に電源として供給する電力も節減できる。特に、冬季等において、融雪舗装材８の路面９との接地部分が、路面９の地熱又は潜熱を受けるので、この熱で融雪舗装材８全体が保温されるという利点が有る。
【００３５】
また、融雪舗装構造２０は、夏季等において水撒きなどしなくても、アスファルトと砂利等の骨材のみを混練した周知の舗装路に比較して、その表面、内部及び接地部分の温度を低く保てる。具体的には、周知の舗装路の表面温度が５０〜６０℃であるのに対し、融雪舗装構造２０は、その表面温度に対して、内部、更に接地部分の温度が順次３分の１ずつ減少する。これは、融雪舗装材８の温度が路面９へ急速に放熱されるためであり、結果として、融雪舗装材８の表面温度は、周知の舗装路に比較して１〜２℃程度低減する。
【００３６】
従って、上記の融雪舗装材８を適用した融雪舗装構造２０によれば、所謂ヒートアイランドの要因とされる、舗装路の温度上昇を抑制できる。更には、融雪舗装材８の表面温度を１〜２℃程度減少することで、夏季等における地表付近（地表から上方１．５ｍの範囲）の気温上昇を抑え、特に社会問題となっている猛暑時の高齢者の突然死を抑止できる。
【００３７】
更に、図８に示すように、加熱手段３として、風力又は太陽光を利用して得られる電力を融雪葺材２又は融雪舗装材８へ供給する熱に変換するものを適用しても良い。詳しくは、発熱源６を、自然の風を受けて回転する風力発電機１２又は太陽電池１３に接続し、これらの起電力を発熱源６の電源として利用する。この場合、加熱手段３の電源を風力又は太陽光に依存できるので、加熱手段３に電源として供給する電力を極めて低コストで獲得できる。
【００３８】
更に、風力発電機１２又は太陽電池１３によって得られる電力を充電する蓄電池１４を付加しても良い。これにより、微風時、無風時、曇り日又は夜間において、風力発電機１２又は太陽電池１３の起電力が著しく低下しても、電力を融雪葺材２又は融雪舗装材８へ安定して供給できる。
【００３９】
尚、以上に例示した本実施の形態は、本願発明の技術的思想を実質的に限定するものと解してはならない。本願発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、当業者の創意と工夫により、適宜に改良、変更又は追加をしながら実施されるものである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る炭素複合材料によれば、炭素成分を１０％乃至４０％含有することにより、極めて良好な熱伝導を達成できる。従って、当該炭素複合材料は、融雪葺材や融雪舗装構造の材料として優れた物性を奏する他、炭素成分を含有した事による物性を活かして、あらゆる建築資材、土木資材、熱導体、遮音材、電磁波遮蔽材として広範な分野で利用できる。
【００４１】
更に、本発明に係る融雪葺材によれば、熱導体を接続する接続部を形成しているので、熱導体を介して効率良くしかも確実に、任意に設置した熱源から熱を融雪葺材へ供給できる。特に、接続部を熱導体を挿通する挿通孔とした場合、複数の融雪葺材を纏めて一本の熱導体で連結できる。また、継ぎ目の無い一本の熱導体により熱を複数の融雪葺材へ伝導できるので、これら複数の融雪葺材に効率良く熱供給できる。
【００４２】
本発明に係る融雪屋根構造によれば、屋根に葺いた融雪葺材を加熱手段により加熱するので、加熱熱手段により、融雪葺材の表面温度を例えば０℃以上に保つようにすれば、融雪葺材上に降った雪が即時融けるので、融雪葺材上に雪が積もることがない。従って、積雪の度に雪掻きを行う必要がなくなる。しかも、融雪葺材の表面温度を氷の融点より僅かに高く保つだけなので、加熱手段の出力に殆ど依存しなくて済み、加熱手段に電源として供給する電力も節減できる。また、当該融雪屋根構造によれば、夏季等において強い太陽光を受けても著しく温度上昇しないので、所謂ヒートアイランドの問題を未然防止できる。
【００４３】
更に、本発明に係る融雪屋根構造によれば、加熱手段が、発熱源と熱導体とを備えるので、融雪葺材から隔絶して発熱源を設置しても、発熱源の熱を熱導体を介して融雪葺材に供給できる。従って、融雪葺材の配置等の現場状況に制約されず、発熱源を設置できるので、屋根の設計や施工プランの自由度が大幅に広がるという利点がある。
【００４４】
本発明に係る融雪舗装構造によれば、路面に敷設した融雪舗装材を加熱手段により加熱するので、融雪舗装材の表面温度を例えば０℃以上に保つようにすれば、融雪舗装材上に降った雪が即時融けるので、融雪舗装材上に雪が積もることがない。
【００４５】
従って、積雪時に継続した融雪効果が得られる。しかも、従来のように路面に温水を流すといった大がかりな設備が不要となる。また、融雪舗装材の表面温度を氷の融点より僅かに高く保つだけなので、加熱手段の出力に殆ど依存しなくて済み、加熱手段に電源として供給する電力も節減できる。また、当該融雪舗装構造によれば、夏季等において強い太陽光を受けたり、自動車の走行に起因して加熱されても、著しく温度上昇しないので、所謂ヒートアイランドの問題を未然防止できる。
【００４６】
本発明に係る加熱手段によれば、風力発電又は太陽光発電による電力を利用して発熱できるので、加熱手段に電源として供給する電力を極めて低コストに確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る融雪屋根構造の断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る融雪屋根構造の要部の斜視図。
【図３】本発明の実施の形態に係る融雪葺材とその変形例の斜視図。
【図４】本発明の実施の形態に係る融雪葺材を図３のＸ−Ｘ断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る融雪葺材の変形例を示す図３のＸ−Ｘ断面図。
【図６】本発明の実施の形態に係る融雪舗装構造の要部を示す断面図。
【図７】本発明の実施の形態に係る融雪舗装構造とその変形例の断面図。
【図８】本発明の実施の形態に係る加熱手段の使用例を示す概略図。
【符号の説明】
１：屋根
２：融雪葺材
３：加熱手段
４：熱導体
５：接続部
６：発熱源
７：野地板
８：融雪舗装材
９：路面
１０：融雪屋根構造
２０：融雪舗装構造

Claims (1)

1. セメントと骨材とパウダー状の炭素成分とを含み該炭素成分の含有率が１５重量％乃至４０重量％である炭素複合材料から成る波瓦、平瓦、軒瓦、波板、スレート又はタイル状の小片の熱伝導する融雪葺材と、
   発熱源、該発熱源から発生した熱を融雪葺材に伝導する棒状の熱導体、を有する加熱手段と、を備え、
   前記融雪葺材に熱導体を挿通する挿通孔を形成し、
   複数の融雪葺材同士を纏めて１本の前記熱導体で野地板に固定し、
   前記加熱手段により融雪葺材の表面温度を０℃乃至３℃に保つようにしたことを特徴とする融雪屋根構造。

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