(57)【要約】【課題】既存の鉄板屋根の上に敷設する省エネルギーのヒーターパネルを提供する。【解決手段】電導発熱体が発熱温度の上昇に準じて抵抗温度係数が減少して電流値が増大する性質を有する炭素量が０．０１％〜０．２％の炭素鋼を用いたヒータパネルが、在来板金屋根の馳と馳の間の傾斜屋根面に傾斜方向を長手方向として設置され、上面に滑雪防止手段と馳部を挟持して固定する固定手段を有するとともに、電気的に入力時間と過電流の制御を行うことを特徴とする速熱屋根融雪ヒーターパネル。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状又は帯状の電導発熱体を面上に往復させて上下面をＦＲＰで絶縁モールドしたパネル状であっ  て、前記電導発熱体が発熱温度の上昇に準じて抵抗温度係数が減少して電流値が増大する性質を有  する炭素量が０．０１％〜０．２％の炭素鋼であって、1５秒〜１００秒の入力時間にて一次制御  し、意図した過電流を制限する二次制御を行うことを特徴とする速熱屋根融雪ヒーターパネル。
【請求項２】
在来板金屋根の馳と馳の間の傾斜屋根面に傾斜方向を長手方向として設置され、上面に滑雪防止手  段を有するとともに、前記の馳部を挟持して固定する固定手段を有することを特徴とする請求項１  に記載の速熱屋根融雪ヒーターパネル。
【請求項３】
前記滑雪防止手段が、上面に長手方向に対する幅端の一方から他方幅端に向けて、又は幅端から幅  の中心部に向けて複数の前記長手方向に対して垂直を含む適宜角度を有して傾斜した直線状の突起  部を備えて成ることを特徴とする請求項２に記載の速熱屋根融雪ヒーターパネル。
【請求項４】
前記滑雪防止手段が、上面に珪砂を吹き付けて凹凸面が形成されて成ることを特徴とした請求項２  に記載の速熱屋根融雪ヒーターパネル。
【請求項５】
長手方向に対する幅の中心部に、前記在来板金屋根の馳と馳の中間である長尺方向中心部の凸形状  （蟻掛け）に対してはめ込ませて装着させることができる直線状の凹溝部を設けたことを特徴とす  る請求項２〜請求項４の何れかに記載の速熱屋根融雪ヒーターパネル。
【請求項６】
前記固定手段が、Ｌ字形の一辺側が前記馳部を挟持して固定され、他辺側が前記ヒーターパネルを  押さえて固定するＬ型金具を備えて成ることを特徴とする請求項２〜請求項５の何れかに記載の速  熱屋根融雪ヒーターパネル
【請求項７】
前記固定手段が、Ｌ字形の一辺側が前記馳部を挟持して固定され、他辺側が前記ヒーターパネルの  上側又は下側角端を格納して固定する格納器具を備えて成ることを特徴とする請求項２〜請求項６  の何れかに記載の速熱屋根融雪ヒーターパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
屋根の融雪ヒーターの形状・構造と制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の屋根融雪システムは屋根材の下に格納し軒先のすが漏りの原因となる氷提やツララを融雪するルーフヒーター等が主流をなしていた。ルーフヒーターは未設置の既設屋根に対しては屋根材（長尺鉄板）を切断、又は捲り上げてルーフヒーターを敷設後、再度、屋根材（長尺鉄板）を元に戻すと言った施工がなされていた。
【０００３】
従来技術の開示として次のようなものがある。特開平９−８８２５５号公報において、面状発熱体カーボンフィルムは新設する金属屋根材の裏面に固定して、電気入力を順次、次の面状発熱体単体へと僅少間隔にて移行させ、又、二次側の入力電圧を変化させることにより、発熱量の増減を可能  ならしめるカーボンフィルム（ブチル系黒煙ゴムシート）を用いて融雪する事が構成開示されている。
【０００４】
また、特開２００８−２４０２６４号、特開２００６−３３６４１５号公報において、屋根用融雪装置及びその施工方法としてヒーター固定金具が開示されている。
また、特開２００６-３２４２１９号公報に発熱体にステンレス鋼が用いられた記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９-８８２５５号  公報
【特許文献２】特開２００８−２４０２６４号  公報
【特許文献３】特開２００６−３３６４１５号  公報
【特許文献４】特開２００６−３２４２１９号  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ルーフヒーターの場合、軒先の屋根板金切断処理加工や板金を捲り上げた時の跡が経年劣化して金属疲労の裂け目が出来、すが漏り・雨漏りが発生するトラブルの要因となっていた。軒先のみのヒーター敷設にしても熱源の上の屋根材が金属製のため電気を切ると融雪水が冷えた鉄板につかまり氷結し電気を再入力しても氷と鉄板部の間に空気層が出来、融雪効果が無くなりその為、電気が切れずイニシャルコストが掛かり過ぎる欠点があった。さらに、屋根の全面的融雪ヒーターの設置に  おいては、屋根材を張り替えて、その裏に固定しなければならず、別途、設備費がヒーターの敷設  費以外にかかった。さらに、電気量も多くを要し一般的流布用件の手軽さに欠けていた。
【０００７】
特許文献１の特開平９-８８２５５号では、面状発熱体を用い、電気入力を順次、次の面状発熱体単体へと僅少間隔にて移行させながら融雪する入力システムが開示されているが、一次側の電圧を変圧器にて発熱体（ブチル系黒煙ゴムシート）の抵抗値に合わせて入力電圧を増減させるわずらわしさがあり、屋根面の雪荷重がこの発熱体の抵抗値に影響を与え発熱温度にムラが生じていた。
また、ヒーターの固定については、特許文献２の特開２００８―２４０２６４号は、傾斜方向に長尺のパネル押さえアームを馳部の上に配し２つの狭持片で馳部を狭持する固定方法が開示されている。この発明においては、屋根の軒先部に設置されている面状ヒーターは馳の上に敷設されて鉄板の平面部と馳部との高低差（１５ｍｍ）に密着性が無く突風等による飛翔不安があった。馳
部に狭持される固定金具のボルトに上から挟み込む逆Ｕ字型の構成は施工的に手軽ではあるが穴    にボルトが挿通される構造でない為、狭持本体とは一体化されず強度的な確実性に不安があった    。
【０００８】
また、特許文献３の特開２００６−３３６４１５号では、複数の電熱ボードを折りたたみ構成とし、係合孔にフックやワイヤー・ロープ等にて固着する実施例が開示されている。また、これまでのほとんどの電熱ボードの融雪面は融雪熱を伝える構成のみなされていた。融雪ヒーター面の構成ほとんどが、融雪機能を持って了とされてきた。その為、発熱時において融雪水となった時の積雪滑落に対しては単に雪止め具を別枠にて強化する旨のコスト増として一般的構成がなされて、２次的に発生していたトラブル（落雪）に対して防止する発想が無かった。
最後に、特許文献４の特開２００６−３２４２１９号公報の請求項４において「前記発熱体シートがステンレス鋼シートであることを特徴とする床暖房シートヒータ製造方法」が開示されている。この発明は、ラミネートにて被覆された発熱体は「耐食性の高い」ステンレスシートとしての概念であり、また、その段落番号００３０において、「雌型２１ａの幅寸法Ｗ1及び隣接間隔Ｄ1は最終形成される蛇行した発熱体２の全抵抗値から決定されるものである」と記載されており、これは、発熱素材であるステンレス鋼を抵抗体として耐腐食性のみ重視した発想であり、本発明における請求項１に記載した発想基盤と競合する発明ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、線状又は帯状の電導発熱体を面上に往復させて上下面をＦＲＰで絶縁モールドしたパネル状であって、前記電導発熱体が発熱温度の上昇に準じて抵抗温度係数が減少して電流値が増大する性質を有する炭素量が０．０１％〜０．２％の炭素鋼であって、1５秒〜１００秒の入力時間にて一次制御し、意図した過電流を制限する二次制御を行うことを特徴とする速熱屋根融雪ヒーターパネルとする。
また、在来板金屋根の馳と馳の間の傾斜屋根面に傾斜方向を長手方向として設置され、ヒーターパネルの上面に、積雪が滑り落ちるのを防ぐための滑雪防止手段を有するとともに、前記の馳部を挟持してヒーターパネルを固定するための固定手段を有することを特徴とする速熱屋根融雪ヒーターパネルとするのが好ましい。
【００１０】
また、前記滑雪防止手段が、ヒーターパネルの上面に長手方向に対する幅端の一方から他方幅端に向けて、又は幅端から幅の中心部（幅端と幅端の中心部）に向けて複数の前記長手方向に対して垂直を含む適宜角度を有して傾斜した直線状の突起部を有して成ることを特徴とする速熱屋根融雪ヒーターパネルとするのが好ましい。
また、前記滑雪防止手段が、前記ＦＲＰの上面に珪砂を吹き付けて凹凸面が形成されて成ることを特徴とした速熱屋根融雪ヒーターパネルとするのが好ましい。
また、長手方向に対する幅の中心部（幅端と幅端の中心部）に、前記在来板金屋根の馳と馳の中間である長尺方向中心部の凸形状（蟻掛け）に対してはめ込ませて装着させることができる直線状の凹溝部を設けたことを特徴とする速熱屋根融雪ヒーターパネルとするのが好ましい。
【００１１】
また、前記固定手段が、Ｌ字形の一辺側が前記馳部を挟持して固定され、他辺側が前記ヒーターパネルを上から押さえて固定するＬ型金具を備えて成ることを特徴とする速熱屋根融雪ヒーターパネルとするのが好ましい。
また、前記固定手段が、Ｌ字形の一辺側が前記馳部を挟持して固定され、他辺側が前記ヒーターパネルの長手方向における上側又は下側角端を、又は両端を格納して固定する格納器具を備えて成ることを特徴とする速熱屋根融雪ヒーターパネルとするのが好ましい。
【００１２】
本発明の導電発熱体を包含する資材としては、ＦＲＰのような絶縁性・耐熱性・断熱性・耐候性・蓄熱性等に優れた特性を有することが好ましく、発熱体と発熱体の間の非発熱部は上部及び下部のＦＲＰ素材が密着されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、1つの回路の非発熱時間における降雪量と融雪時間の融雪潜熱エネルギーが対応できるので、省電量化できる。また、屋根板金の長手方向にヒーターパネルが設置されている為、非降雪時であっても各回路を制御しながら融雪する為、融雪面積が拡大される。また、屋根形状に特化させることのできるＦＲＰ製作仕様であるため、屋根材の切断や板金を捲り上げない為、屋根材を傷めない。また、屋根に載せ固着する仕様であるため施工が簡便である。また、屋根に脱着簡易な専用金具で固定する為屋根塗装などのメンテナンスが容易である。また、パネル上面に傾斜した突起部を設けた場合には積雪に合成力が作用し、また珪砂の吹き付け等により凹凸を設けた場合は、滑雪に抵抗が生じ、雪止め金具を増強しなくても落雪の心配が無い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のヒーターパネルのパネル基板の説明図である。
【図２】本発明のヒーターパネルの敷設状態を示す説明図である。
【図３】本発明のヒーターパネルの敷設状態を示す説明図である。
【図４】本発明のヒーターパネルの固定金具の説明図である。
【図５】本発明のヒーターパネルの固定金具の説明図である。
【図６】本発明のヒーターパネルを建屋に敷設した説明図である。
【図７】本発明のヒーターパネル上下角の固定金具説明図である。
【図８】本発明のヒーターパネル上下角の固定金具説明図である。
【図９】本発明の制御方法の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施する形態を図１〜図９を用いて詳細に説明する。
図１において、本発明のルーフヒーターの基本的な構造を示す。ＦＲＰ等の樹脂製の基板１１の表  面に線状又は帯状の発熱体を往復させ、上からＦＲＰで一体的に覆って形成する。図１において、(ａ）は線状発熱体１２が基板１１に往復させて配置された状態を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ  矢視断面図であり、線状発熱体１２がＦＲＰによって覆われ絶縁されていることを示す。（ｃ）は帯状発熱体１３が基板１１に往復させて配置された状態を示し、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ矢視断面  図であり、帯状発熱体１３がＦＲＰによって覆われ絶縁されていることを示す。線状発熱体１２及び帯状発熱体１３の入り口と出口の構造は、単線のリード線にてそれぞれスポット溶接または樹脂圧着された端部となっており電気的絶縁してそれぞれＣＯＭ線と片切り接続回路とに接続される。  
【００１６】
本発明の実施例の形態を図で参照して説明する。ステンレス鋼の抵抗温度係数（×10-6／℃）は発熱温度の上昇に従って抵抗値が減少し電流値が増大するため、際限なく温度が上昇し、この特性は発熱体として通常は不向きである。本発明は、発想を転換してこの特徴を逆に利用しようとするものである。
【００１７】
本発明の発熱素材は、速熱する炭素量０．０１％の（セミ極低炭素鋼）から０．２％の（低炭素鋼  ）を主としたステンレス鋼を線状又は帯状の発熱体とし、面上に往復させたものであって、電導発熱体としての不向きな欠点である、発熱温度の上昇に準じて抵抗温度係数が減少して電流値が増大する性質の特性を真逆に活用させたものである。上記の特性を発揮するステンレス鋼の炭素量としては上記の範囲が望ましい。
【００１８】
本発明の電流値が増大する性質のヒーター素材の制御方法としては、ヒーターパネルの単体のＷ数  にて、1５秒〜１００秒の範囲で入力時間を制御（一次制御）し、安全の為に、規定の時間を越えて単体のパネルに入力し続けた時に、必然的に電流が増幅して発生する過電流を意図的に考慮して(過電流が発生することは承知の上で)、この過電流を制限する制御（二次制御）を行うものである。通電時間が１５秒に満たないと要求される融解潜熱が得られず、また、１００秒を超えると加熱しすぎることと、各パネルの切り替えの戻り時間(リターンタイム)が長くなって融雪効率が悪くなる。
更に、ヒーターパネルの表面に異常温度を感知するセンサーをヒーターパネル毎に具備するとより安全に発熱を制御できる。
【００１９】
本発明のヒーターパネルは、上下面をＦＲＰ等樹脂で絶縁モールドしたパネル状であって、図２に示すように、在来板金屋根の馳２１と馳２１の間の傾斜屋根面に傾斜方向を長手方向として既設板金（トタン２０）の上から被せて設置する。長手方向に対する幅端と幅端の中心部に、在来板金屋根の馳と馳の長尺方向中心部の凸形状部である中間馳（蟻掛け）２２に対して、上から被せるように形成した凹溝部２５を設ける。このように構成している為、パネルを敷設する際に中間馳を回避する煩わしさも無く既設屋根板金に完全に密着フィットできる形態となっている。
【００２０】
図２、図３に示すように、ヒーターパネルの表面特徴は上面に長手方向に対する幅端の一方から他方幅端に向けて、又は幅端から、幅の中心部（幅端と幅端の中心部）に向けて複数の前記長手方向  に対して垂直を含む適宜角度を有して傾斜した直線状の突起部２３（２３ａ、２３ｂ）を有して、突起部の傾斜によって隣り合う滑雪がぶつかり合い、合成力を生じ、落雪しにくい構成とした事を  特徴としている。図２は中間馳（蟻掛け）２２がある場合（すなわち凹溝部２５があるパネルの場合）、図３は中間馳（蟻掛け）２２がない場合（すなわち凹溝部２５がないパネルの場合）、で示している。図２は、突起部２３ａ、２３ｂが相対する馳２１側から中間馳２２側方向に傾斜している例を示す。中間馳がある場合、傾斜方向はこだわらない。図３は、凹部溝がない場合のヒーターパネル１６の突起部３３（３３ａ、３３ｂ）が幅の中心部１６ｃ馳２１側に傾斜している場合を示す。
【００２１】
本発明のヒーターパネルの固定方法として、Ｌ字形の一辺側が固定手段により馳部を挟持して固定され、他辺側が前記パネルを押さえて固定するＬ型金具を備えている。
図４に本発明のヒーターパネルの固定方法を中間馳２２がある場合で示す。隣り合う馳２１と馳２１との間に敷設されるパネルは、左平面部１５ａと右平面部１５ｂの中間に凹溝部２５を有し、中間馳２２に凹溝部２５をはめ込んで敷設し馳部を後述の金具で固定する。
【００２２】
図５にパネルの固定金具を示す。図に示すように、馳２１の狭持具５２にて左右一対のＬ型狭持金具の一辺(面)の穴にそれぞれボルト５３を挿通し固定してＬ型他片部５１にてヒーターパネルを押圧して固定させる。屋根の端部に現れるように馳の片側のみにパネルを敷設する場合は、１個のＬ型狭持金具と狭持用の金具片によって馳２１を狭持して固定する。
図５は、平板のパネル１６の場合で図示しているが、図４の場合では、パネル平面部１５ａ、１５ｂをＬ型金具の平面部によってパネルを押圧して固定する働きを示している。
【００２３】
図６に、パネルの角部を利用して固定する金具の例について説明する。パネルの上、下の角部を収納する三角ケース５５を用いた場合を示す。三角ケース５５は馳２１を狭持するＬ字型金具５２を挟んでボルト５３などで固定される。
Ｌ字形の一辺(面)側が固定手段により馳部を挟持して固定され、他辺(面)側が前記パネルの上側又は下側角端を格納して固定する格納器具を備えている事により上下のずれが生じない様に確実に確保される。
【００２４】
図７に、ヒーターパネル１５を下側で支える落下防止具５６を設けた例を示す。落下防止具５６は  馳２１を狭持するＬ字型金具５２を挟んでボルト５３で固定される。
【００２５】
図８に、建屋６１への本発明のパネルの敷設状態を示す。図は９回路の場合を示し、回路に於ける入力時間は各回路とも６０秒間とし、各回路は幅４５５ミリの馳と馳の間隔にヒーターパネルが敷設されており奥行き１ｍの各２枚が１回路となっている。
１日の融雪の入力時間を３時間又は５時間、または間欠の２時間切電、１時間入電の１日８時間稼  動等々降雪状況にて選択制御ができる。１８枚のヒーターパネルが各２枚づつ１回路として６０秒間通電制御されると最初の回路に戻って発熱する時間は９分後となる融雪制御システムである。
【００２６】
図９に制御方法を示す。電源ＡＣ２００Ｖが漏電ブレーカーＡＣ２００Ｖ／１０Ａを介して各回路  の接続されているヒーターの其々共通線であるＣＯＭ線と接続され、他方漏電ブレーカーより、ＣＰＵを稼働させる変圧器ＡＣ５Ｖに変換して、ＣＰＵの内部スイッチに接続されている。本例では、１回路から９回路まで。それぞれ６０秒間リレー入電され、９回路終了時に１回路にリターンさせる。１日の発熱時間の設定は、３時間、５時間、２時間カット１時間入力、の３の種類がある。  
【００２７】
本発明の更なる制御方法としては、発熱素材の速熱特性を真逆に発想したことにより発熱時間を秒  単位の入力時間とした一次制御と、意図した過電流を阻止するブレーカーの二次制御を採用しているが、ＣＯＵが万が一暴走したときを考慮して、一般的なヒーターの通常制御として用いられている温度センサーをヒーターパネル毎に固着させて検知させ、ヒーターパネルの安全な発熱温度管理がされる事が望ましい。
【００２８】
つぎに、本発明の優位性について、２時間カットし１時間の入力の省エネ制御の効果と、パネルヒーターのモールド材の断熱性と蓄熱性について詳述する。
融雪水の氷結温度は−３〜−７前後がもっとも増大し、この温度以下でも、以上でも指摘した温度  帯以上に氷結は増大しない。又、この温度帯は雪が降る温度帯でもあり、まれに−１０度前後もしくは、より寒くなり晴れて風が無いときにダイヤモンドダストといわれる非常にキラキラした細氷  降雪現象がある。つまり、あまりにも寒い気温において雪はこまくなり、降雪は少なくなる。こうした温度帯の中で融雪水が凍り始める時間は２時間前後である。ゆえに、ルーフヒーターのように切電時、氷結外気温にストレートに反応して冷えていく金属（長尺鉄板）と比べ、ＦＲＰの持つ断熱特性はマイナス気温に対して氷結時間に余裕が生まれ、さらに蓄熱効果となって融雪効果が持続される。
【００２９】
ここに融雪ヒーターの代表格としてのルーフヒーターと本発明の消費電力を示しその効果（省エネ）を詳述する。
一般的ルーフヒーターの面積として、幅４０センチ軒の長さ８．２ｍそのｍ2は３．２ｍ2となる。消費電力は１．１４８ｋｗ（１４０ｗ／ｍ）にて、1か月間の消費電気量を計算する。
１．１４８ｋｗ×２４時間×３０日＝８２６．５６ｋｗ
基本消費電力１ｋｗである。本発明の速熱屋根融雪専用ヒーターパネルは、幅１ｍで軒の長さ８．２ｍそのｍ2は８．２ｍ2となる。消費電力は１．７ｋｗ。
1か月間の消費電気量を計算する。
１．７ｋｗ×８時間（２時間カット１時間入力）×３０日＝４０８ｋｗ
基本消費電力２ｋｗである。故に、現状のルーフヒーターの２．５倍の融雪面積で、４９．３６％の電気量となる。
【００３０】
次にその融雪エネルギーの能力を詳述する。（ヒーター下部面を断熱し、融雪熱が温度の低い雪に向かう理論的数値にての融雪試算である。）
８時間で２００ｍｍの降雪に対して各回路に対して１分間の融雪入力となるため、９分間（１８馳２
枚０．９ｍ入力）に置ける非発熱部の回路の積雪量は０．４１６６ｍｍ（２００ｍｍ÷４８０分）×９
分間として、３．７５ｍｍとなる。
その降雪量に必要な熱エネルギーの計算式は、
０．４５ｍ×２ｍ×０．００４１６６ｍ×雪密度８０ｋｇ/ｍ3＝０．２９９９ｋｇとなる。それに必要な融雪潜熱は１ｋｇ＝８０kcal/ｋｇで２３．９９６kcal/kg必要である。
本発明の速熱屋根融雪ヒーターパネルは０．４５ｍ×２ｍ（1ｍ×２枚）＝１．７ｋｗであり、１秒１．７ジュールで、６０秒１０２ｋジュールとなり、ｋｃａｌの変換は４．１９で割ると１分間  における融雪潜熱は２４．３４４kcalとなる。故に、降り積もる雪の必要とされる融雪潜熱（２３．９９６kcal/kg）を上回っている。更に、降雪センサーの併用方法もあり、また、毎日雪は降り続くことは少なく、上述した降雪量を超えた場合であっても、非降雪日の融雪時間にて対応できるものである。また常に雪荷重を軽減する目視運転も可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  線状発熱体のヒーターパネル
２  帯状発熱体のヒーターパネル
１１  基板
１２  線状発熱体
１３  帯状発熱体
１５（１５ａ、１５ｂ）  パネル平面部（蟻掛け仕様）
１６  パネル平面部（縦平仕様）
２０  鉄板（トタン）
２１  馳
２２  中間馳
２３（２３ａ、２３ｂ）  突起
３３（３３ａ、３３ｂ）  突起
２５  凹溝部
５１  Ｌ型金具
５２  Ｌ型狭持金具
５５  三角ケース
５６  落下防止具
６１  建屋
６２  屋根
６３  回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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