(57)【要約】【課題】従来の電気発熱体に比べ、発熱舗装体のほぼ全体を短時間に融雪可能な温度まで加熱することができ、降雪や凍結に迅速に対応して融雪することができると共に融雪に必要な電力コストを低減することができる。従来の電気式発熱体に比べて断線するおそれがなく、長気にわたって安定的に融雪を可能にする。【解決手段】舗装体内に埋設される電磁波導波管と、舗装体の表層側に設けられる電磁波吸収材料と、電磁波導波管に取付けられる高周波発振器と、舗装体の表面側温度が予め設定された融雪開始温度になった際及び降雪が検出された際の少なくともいずれかにおいて高周波発振器を発振制御して電磁波導波管内にて導波し、該電磁波導波管から放出される電磁波を電磁波吸収材料に照射制御すると共に電磁波吸収に伴って発熱する電磁波吸収材料により舗装体の表面側温度が融雪可能な温度以上に達した際に高周波発振装置の発振駆動を中断制御する制御装置を備える。【選択図】図２
2006138172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
舗装体内に埋設される電磁波導波管と、舗装体の表層側に設けられる電磁波吸収材料と、電磁波導波管に取付けられる高周波発振器と、舗装体の表面側温度が予め設定された融雪開始温度になった際及び降雪が検出された際の少なくともいずれかにおいて高周波発振器を発振制御して電磁波導波管内にて導波し、該電磁波導波管から放出される電磁波を電磁波吸収材料に照射制御すると共に電磁波吸収に伴って発熱する電磁波吸収材料により舗装体の表面側温度が融雪可能な温度以上に達した際に高周波発振装置の発振駆動を中断制御する制御装置を備えた融雪用発熱舗装体。
【請求項２】
請求項１の電磁波導波管には、舗装体の表層側に対する電磁波の放出を可能にする多数の切欠きが長手方向へ所定の間隔をおいて形成された融雪用発熱舗装体。
【請求項３】
請求項１の電磁波導波管は、舗装体内に埋設されるシールドボックスに取付けられると共に該シールドボックス内には電磁波導波管内に電磁波を出力する高周波発振器を収容した融雪用発熱舗装体。
【請求項４】
請求項１の舗装体は、無数の空隙を有し、これら空隙による誘電損失により電磁波を吸収可能にした融雪用発熱舗装体。
【請求項５】
請求項１の舗装体は、表面側における電磁波吸収材料を高密度にした融雪用発熱舗装体。
【請求項６】
電磁波吸収材料を有した舗装体内に高周波発振器が取付けられた電磁波導波管を埋設し、該電磁波導波管から放出される電磁波を電磁波吸収材料に吸収させることにより舗装体を発熱して融雪可能に加熱可能にした舗装体の融雪方法。
【請求項７】
請求項６の電磁波導波管には、舗装体の表層側に対する電磁波の放出を可能にする多数の切欠きが長手方向へ所定の間隔をおいて形成された舗装体の融雪方法。
【請求項８】
請求項６の電磁波導波管は、舗装体内に埋設されるシールドボックスに取付けられると共に該シールドボックス内には電磁波導波管内に電磁波を出力する高周波発振器を収容した舗装体の融雪方法。
【請求項９】
請求項６の舗装体は、無数の空隙を有し、これら空隙による誘電損失により電磁波を吸収可能にした舗装体の融雪方法。
【請求項１０】
請求項６の舗装体は、表面側における電磁波吸収材料を高密度にした舗装体の融雪方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波数帯域（２〜１０GHz）の電磁波により道路（本発明において道路とは、車輌や歩行者が通行する道路（橋梁に敷設される道路を含む。）、建造物及びこれに付随する通路、駐車場等を含む。）の舗装体や各種建造物外に敷設される床体（以下においては、これらを総称して舗装体と称する。）に降った雪を融かしたり、雪が降り積もるのを防止したり、また表面に溜まった水が凍結するのを防止したり、凍結した氷を融かす融雪用発熱舗装体及び舗装体の融雪方法に関する。尚、本発明において融雪とは、雪以外に氷を融かすことを意味するものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば道路に降った雪が積雪したり、付着した水が凍結するのを防止する道路として、例えば特許文献１に示すように、コンクリート製やアスファルト製の舗装体内に内蔵された電気発熱体を通電発熱して舗装体の表面を、降った雪を直ちに融かしたり、付着した水が凍結するのを防止する温度（約１〜５℃）まで加熱して融雪している。
【０００３】
しかし、上記した電気発熱体により道路を融雪する場合には、コンクリートやアスファルト自体、熱伝導率が極めて悪いため、道路の表面を融雪可能な温度に昇温させた後にその昇温状態を保つには多大な電力を必要としている。このため、路面の融雪状態を維持するには、ランニングコストが高くなる問題を有している。特に、電線式の電気発熱体にあっては、電気発熱体の周囲を徐々に加熱して舗装体を所望の温度にするため、舗装体の全体が上記した所望の温度になるのに時間がかかり、短時間に融雪できない問題を有している。この欠点は、電気発熱体を高密度に敷設することにより解決できるが、敷設コスト及び消費電力が増大する問題を有している。
【０００４】
更に、電線式の電気発熱体にあっては、通過する車輌による振動等により断線し易く、長期にわたって安定的に融雪状態を保つことが困難であった。そして断線した場合には、電気発熱体を交換する必要があるが、その際には道路を掘り起こして断線した電気発熱体を取出して新たな電気発熱体に交換した後に、舗装体を再舗装する必要があり、交換作業に多大な時間とコストがかかる問題を有している。
【特許文献１】特開平１１−７１７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、従来の電気発熱体を使用した融雪用発熱舗装体にあっては、融雪可能な温度まで加熱するまでに時間がかかり、降雪や凍結に迅速に対応できないと共に電気発熱体の消費電力が著しく増大する点にある。また、従来の電気式発熱体が断線した際には、道路を再舗装して電機発熱体を交換する必要があり、道路維持費が著しく増大する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１の融雪用発熱舗装体は、舗装体内に埋設される電磁波導波管と、舗装体の表層側に設けられる電磁波吸収材料と、電磁波導波管に取付けられる高周波発振器と、舗装体の表面側温度が予め設定された融雪開始温度になった際及び降雪が検出された際の少なくともいずれかにおいて高周波発振器を発振制御して電磁波導波管内にて導波し、該電磁波導波管から放出される電磁波を電磁波吸収材料に照射制御すると共に電磁波吸収に伴って発熱する電磁波吸収材料により舗装体の表面側温度が融雪可能な温度以上に達した際に高周波発振装置の発振駆動を中断制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項６の舗装体の融雪方法は、電磁波吸収材料を有した舗装体内に高周波発振器が取付けられた電磁波導波管を埋設し、該電磁波導波管から放出される電磁波を電磁波吸収材料に吸収させることにより舗装体を発熱して融雪可能に加熱可能にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、従来の電気発熱体に比べ、発熱舗装体のほぼ全体を短時間に融雪可能な温度まで加熱することができ、降雪や凍結に対して迅速に対応して融雪することができると共に融雪に必要な電力コストを低減することができる。また、従来の電気発熱体に比べて電磁波により舗装体内の電磁波吸収材料を発熱させて融雪するため、断線するおそれがなく、長期にわたって安定的に融雪することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、発熱舗装体に含有された電磁波吸収材料に電磁波を照射し、その電磁波吸収に伴う発熱により発熱舗装体全体を発熱させることを最良の形態とする。
【実施例】
【００１０】
以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１〜図４に示すように、融雪用発熱道路１は、例えば路床上の路盤２上部に敷設されるコンクリート又はアスファルトからなる基層体４及びこれの上部に敷設されるコンクリート又はアスファルトからなる表層体６から構成される舗装体８が敷設され、舗装体８には複数本の電磁波導波管５が道路の横断方向に対して所定の間隔をおき、横断直交方向に延出して取付けられたプレキャストコンクリート製又は金属製のシールドボックス７が、基層体４の上層側に電磁波導波管５が位置するように埋設されている。
【００１１】
上記シールドボックス７には各電磁波導波管５の一方端部に装着されるマグネトロン等の高周波発振器３が内蔵され、各高周波発振器３は、後述するように道路脇または中央分離帯に設置された制御ボックス９（図は中央分離帯に設けた例を示すが、これに限定されるものでないことは勿論である。）内の制御手段を構成する図示しない制御ユニットに図示しない電気ケーブルを介して接続される。そして各電磁波導波管５は対応する高周波発振器３から出力される高周波を道路の横断直交方向に向かって導波させる。尚、上記シールドボックス７は、その高さが高い場合には、その一部を路床に埋設してもよい。
【００１２】
上記各高周波発振器３は、電波法等により、工業用、科学用、医療用等の用途に割当てられた、例えば２．４５GHzの高周波帯域の電磁波（マイクロ波）を、例えば０．５〜５kWで出力する。高周波発振器３から出力される電磁波としては、上記に限定されるものではなく、約１〜２０GHzの範囲で適宜選択することができる。また、その出力も上記した数値に限定されるものではなく、寒冷地、極寒地等の道路環境等に応じて適宜選択できる。
【００１３】
各電磁波導波管５は、それぞれの高周波発振器３から出力される電磁波のλ／２（λ：波長）幅からなる長手直交方向断面が方形又は円形（図は方形の電磁波導波管を示す）で、道路の横断直交方向が、例えば２０mの長さからなる。電磁波導波管５の長さは、上記に限定されるものではなく、道路の状態、例えばカーブが急な道路にあっては、短くしたり、直線が長い場合には、長くしたりして適宜設定すればよい。
【００１４】
各電磁波導波管５の上部（後述する表層体６側）には幅方向へ延出する多数のスリット５ａが、長手方向に対して所定の間隔（λ／４）をおいて形成されている。スリット５ａを形成する箇所としては、電磁波導波管５の図示する上面の他に上角部であってもよい。各スリット５ａはそれぞれの電磁波導波管５内を導波される電磁波を舗装体８の表層体６側へ放出させる。
【００１５】
表層体６は基層体４の上部に対して所要の厚さで敷設され、フェライト（酸化鉄）、酸化スラグ、セラミックス、パーマロイや、例えば上記した電磁波吸収材を含有した短繊維又は長繊維の電磁波吸収繊維、フェライトを含浸したゴムチップ又はペレット等の電磁波吸収材料６ａを含んだコンクリートまたはアスファルトからなる。電磁波吸収材料６ａをフェライト（酸化鉄）、酸化スラグ、セラミックス、パーマロイ等とした場合にあっては、その最大径が約５０mmの範囲で、含有量を、表層体６に含有される骨材６ｂの体積の約５〜１００%になるように調整される。また、電磁波吸収材料６ａを電磁波吸収繊維とした場合にあっては、その含有量を、セメント重量に対して約０．０１〜２wt%になるように調整される。電磁波吸収繊維の素材としては、ポリアミド繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維等が適している。尚、上記した１００％とは、コンクリートあるいはアスファルトに混合する骨材の全部を電磁波吸収材料６ａとする場合を意味する。
【００１６】
また、上記表層体６には上記した電磁波吸収材料６ａの他に砕石等の骨材６ｂが含有され、これら電磁波吸収材料６ａ及び骨材６ｂにより無数の独立空隙や連続空隙の空隙６ｃを形成するのが望ましい。この空隙６ｃは電磁波吸収材料６ａによる電磁波吸収作用と共に電磁波を誘電損失により吸収する誘電層として機能し、表層体６を効率的に発熱させるのに寄与する。
【００１７】
表層体６における電磁波吸収材料６ａの含有分布状態としては、路面側の密度を高くするのが望ましい。これにより融雪用発熱道路１の路面側を効率的に発熱させることができると共に各電磁波導波管５から放出される電磁波が融雪用発熱道路１の路面外に漏洩する割合を低減し、人や車輌搭載の電子機器に対する電磁波障害を低減させることができる。表層体６における電磁波吸収材料６ａの含有分布状態は、上記した発熱効率及び電磁波漏洩と要求される路面強度との関係から適宜設定すればよい。
【００１８】
上記した制御ユニットが収容される制御ボックス９は、複数個のシールドボックス７を１単位として設置され、上記した制御ユニット以外に図示しない電源ユニットが収容される。そして制御ユニットは表層体６に適宜埋設された温度センサ１９及び、例えば融雪用発熱道路１の路肩に設置されたポール２１に取付けられた降雪センサ２３からの検出信号がそれぞれ入力され、制御ユニットはこれらセンサ１９・２３からの検出信号に基づいて後述する融雪制御を実行する。
【００１９】
次に、上記融雪用発熱道路１による融雪作用及び融雪方法を説明する。
温度センサ１９により路面温度が水の凍結が可能になる予め設定された温度を検出したとき、または降雪センサ２３により降雪を検出したとき、制御ユニットはシールドボックス７内の各高周波発振器３に発振駆動信号を出力して電磁波を発振させる。各高周波発振器３の発振開始指示方法としては、融雪用発熱道路１から離れた場所に設けられた道路管理事務所内に居る作業員が融雪用発熱道路１の近くに設けられた温度センサ１９により検出される温度データや降雪センサ２３により検出される降雪データ等に基づいて制御ユニットに発振開始指示信号を出力する方法であってもよい。
【００２０】
そして発振された電磁波は各電磁波導波管５内を導波されるが、その導波途中において一部の電磁波がスリット５ａを通過して表層体６側へ放出される。これにより表層体６に含有された電磁波吸収材料６ａに電磁波が照射されると、電磁波吸収材料６ａは照射された電磁波を、その磁界損失、誘電損失により熱エネルギーに変換することにより電磁波吸収して発熱し、表層体６を全体的に加熱させる。また、電磁波導波管５から放出された電磁波の一部は、空隙６ｃによる誘電損失により熱エネルギーに変換して電磁波吸収することにより表層体６を発熱させる。これにより表層体６は主に電磁波吸収材料６ａによる電磁波吸収作用により発熱して表層体６を約１〜５℃まで昇温し、降った雪を直ちに溶融したり、路面の水が凍結するのを防止する。（図５参照）
【００２１】
尚、各電磁波導波管５のスリット５ａから放出された電磁波の大部分は電磁波吸収材料６ａや空隙６ｃにより熱エネルギーに変換されて電磁波吸収されるが、ごく一部の電磁波は路面外へ漏洩して人や車輌搭載の電子機器に電磁波障害をもたらすおそれがある。この場合にあっては、上記したように表層体６の路面側における電磁波吸収材料６ａ、空隙６ｃの分布密度を高くすることにより漏洩する電磁波の量を抑制して電磁波障害を低減することができる。
【００２２】
また、電磁波吸収材料６ａによる電磁波吸収作用により表層体６が所定の温度（約１〜５℃）以上に昇温すると、制御ユニットはこの温度上昇を検出した温度センサ１９からの検出信号により各高周波発振器３の発振駆動を中断して電磁波発振を停止させる。そして発振中断により表層体６の温度が上記した規定温度以下に下がったとき、制御ユニットは温度センサ１９からの検出信号に基づいて各高周波発振器３を再び発振駆動して電磁波を表層体６側へ照射して加熱させる。このように各高周波発振器３を温度センサ１９からの温度検出信号に基づいて間欠的に発振制御して表層体６の温度をほぼ一定に保って融雪用発熱道路１を融雪状態に保つと共に消費電力を低減させることができる。（図６参照）
【００２３】
本実施例は、表層体６に含有された電磁波吸収材料６ａに対して電磁波を直接照射して発熱させることにより表層体６を全体的に所要の温度まで加熱して融雪することができ、従来の電気発熱体を通電して表層体６を加熱する方式に比べ、表層体６の全体を短時間で、効率的に加熱して融雪することができると共に消費電力を５０％以上低減して維持コストを低コスト化することができる。
【実験例１】
【００２４】
道路条件：幅７．５m、道路長さ：２００m（排水性コンクリート舗装）
シールドボックス：道路幅全体に横断的に設ける。
電磁波導波管：長さ２０mで横断方向に対して１m間隔（１セットで融雪面積を１０〜３０m2とする。）
高周波発振器出力：１．２kW
電磁波周波数：２．４５GHz
電磁波吸収材料の種類：酸化スラグ
表層体における電磁波吸収材料の含有量：表層体６に含有される骨材６ｂの体積に対し、約２０％
乾燥路面温度：−１℃（外気温：−５℃、無風状態）
路面加熱設定温度：３℃
融雪結果：良好
【実験例２】
【００２５】
道路条件：幅７．５m、道路長さ：２００m（排水性コンクリート舗装）
シールドボックス：道路幅全体に横断的に設ける。
電磁波導波管：長さ２０mで横断方向に対して１m間隔（１セットで融雪面積を１０〜３０m2とする。）
高周波発振器出力：１．２kW
電磁波周波数：２．４５GHz
電磁波吸収材料の種類：フェライト含有繊維（ポリアミド繊維）
表層体における電磁波吸収材料の含有量：コンクリート製表層体６のセメント重量に対し、約０．１％
乾燥路面温度：−１℃（外気温：−５℃、無風状態）
路面加熱設定温度：３℃
融雪結果：良好
【００２６】
本発明は、以下のように変更実施することができる。
１．上記説明は、道路の横断方向に延びるシールドボックス７の横断直交方向両面に、横断直交方向へそれぞれ延びる複数本の電磁波導波管５を、横断方向に対して所定の間隔をおいて設けた構成としたが、図７に示すように横断方向が道路幅で、一方端部が高周波発振器３を内蔵したシールドボックス７１に取付けられた多数の電磁波導波管７３を、横断直交方向に対して適宜の間隔をおいて配置した構成であってもよい。また、図８に示すように一方端部が高周波発振器３を内蔵したシールドボックス８１に取付けられた多数の電磁波導波管８３を、横断直交方向に対して適宜の間隔をおき、かつ角度を設けて配置した構成であってもよい。
【００２７】
２． 上記説明は、電磁波導波管５として直線状のものを使用したが、図９（Ａ）に示すように平面Ｓ字形、同図（Ｂ）に示すように平面コ字形、図１０に示すように互いに連続する区画壁９１ａを有したパネル構造体９１としてもよい。尚、電磁波の導波路が９０度で転向する構造の電磁波導波管５にあっては、転向箇所に角部に電磁波を反射する反射手段を取付けることにより末端に向かって電磁波を導波可能にすればよい。
【００２８】
３．上記説明は、融雪用発熱道路１の構造を路床上に路盤、基層体及び表層体を設けた舗装体としたが、本発明はこの構造に限定されるものではなく、以下の道路構造であっても実施できる。
【００２９】
ａ．図１１に示すように路盤１０１に高周波発振器３が取り付けられた電磁波導波管１０３を埋設し、該路盤１０１上に基層体１０５を薄手状に敷設した後に電磁波吸収材料を含んだタイル、インターブロック、平板（洗出し平板、カラー平板、擬石平板、点字平板等）、開粒度アスファルトにセメントミルク（繊維混入又は酸化スラグ砂）を注入した半タワミ性舗装等の化粧表層体１０７を敷設した構造の舗装体１０９とする。
【００３０】
ｂ．図１２に示すように路盤１１１に高周波発振器３が取付けられた電磁波導波管１１３を埋設し、該路盤１１１上に電磁波吸収材料を含んだ表層体１１５を敷設した構造の舗装体１１７とする。
【００３１】
ｃ．図１３に示すように路盤１２１に、高周波発振器３が取付けられた電磁波導波管１２３が埋設された基層体１２５を敷設し、該基層体１２５上に表層体１２７を敷設した後に該表層体１２７の表面に電磁波吸収材料を含んだ人工骨材や自然石等の化粧材１２９を敷設した構造の舗装体１３１とする。
【００３２】
ｄ．図１４に示すように路盤１３３に高周波発振器３が取付けられた電磁波導波管１３５が埋設された基層体１３７を敷設し、該基層体１３７上に表層体１３９を敷設した後に該表層体１３９の表面側に電磁波吸収材料を含んだ人工骨材や自然石等の化粧材１４１を圧入した構造の舗装体１４３とする。
【００３３】
尚、上記した構造のいずれの舗装体は、透水構造又は非透水構造のいずれであってもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】融雪用発熱道路の概略を示す説明図である。
【図２】融雪用発熱道路の縦断面図である。
【図３】シールドボックス及び電磁波導波管の概略を示す説明図である。
【図４】図３の箇所Ａを拡大して示す説明図である。
【図５】電磁波吸収材料の発熱状態を示す説明図である。
【図６】高周波発振器の発振制御状態を示す説明図である。
【図７】電磁波導波管の変更例を示す説明図である。
【図８】電磁波導波管の変更例を示す説明図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は電磁波導波管の変更例を示す説明図である。
【図１０】電磁波導波管の変更例を示す説明図である。
【図１１】舗装体の変更例を示す断面説明図である。
【図１２】舗装体の変更例を示す断面説明図である。
【図１３】舗装体の変更例を示す断面説明図である。
【図１４】舗装体の変更例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  融雪用発熱道路
２  路盤
３  高周波発振器
４  基層体
５  電磁波導波管
６  表層体
６ａ  電磁波吸収材料
６ｂ  骨材
６ｃ  間隙
８  舗装体
１７  発熱舗装体
１９  温度センサ
２３  降雪センサ
【図１】
2006138172.tif 000003
【図２】
2006138172.tif 000004
【図３】
2006138172.tif 000005
【図４】
2006138172.tif 000006
【図５】
2006138172.tif 000007
【図６】
2006138172.tif 000008
【図７】
2006138172.tif 000009
【図８】
2006138172.tif 000010
【図９】
2006138172.tif 000011
【図１０】
2006138172.tif 000012
【図１１】
2006138172.tif 000013
【図１２】
2006138172.tif 000014
【図１３】
2006138172.tif 000015
【図１４】
2006138172.tif 000016