(57)【要約】      （修正有）【課題】融雪屋根パネルに供給する水蒸気の流れを自動的に切り替えることができる切り替え弁を提供すること。【解決手段】融雪水蒸気排出口側には、弾性体により反転を阻止する方向に付勢されており中心付近に押出部材３０を備えたダイヤフラム部材２０と、ダイヤフラム部材２０の反転する動きに連動して回動するように設置された連結部材４０を備えており、水蒸気供給口側には、回動自在に設置された水蒸気切り替え部材５０と、サーモスタット６０と、サーモスタット６０の動きと連動して動く水蒸気切り替え部材５０の回動位置を固定するための介在部材７０を備えたことを特徴とする切り替え弁１０とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融雪機能付き屋根パネルの水蒸気排出口側、及び水蒸気供給口側に互いに連結させて設置する水蒸気の流れる方向を切り替えるための切り替え弁であって、
前記水蒸気排出口側には、弾性体により反転を阻止する方向に付勢されており中心付近に押出部材を備えたダイヤフラム部材と、前記ダイヤフラム部材の反転する動きに連動して回動するように設置された連結部材を備えており、
前記水蒸気供給口側には、回動自在に設置された水蒸気切り替え部材と、サーモスタットと、前記サーモスタットの動きと連動して動く前記水蒸気切り替え部材の回動位置を固定するための介在部材を備えており、
さらに、前記水蒸気排出口側の前記連結部材と前記水蒸気供給口側の前記水蒸気切り替え部材を連結させるワイヤー部材を備えていることを特徴とする切り替え弁。
【請求項２】
前記水蒸気切り替え部材は、前記水蒸気切り替え部材の回動軸が中心軸となるように設置した歯車を備えており、前記介在部材の先端形状は、前記水蒸気切り替え部材に設置した歯車と噛み合うことができる形状になっていることを特徴とする請求項１に記載の切り替え弁。
【請求項３】
前記介在部材は、前記水蒸気切り替え部材に設置した歯車と噛み合う方向に向かって介在部材用弾性体により付勢されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の切り替え弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融雪機能付き屋根パネルの水蒸気排出口側、及び水蒸気供給口側に互いに連結させて設置することで、水蒸気の流れる方向を切り替えるための切り替え弁に関する。さらに言えば、融雪機能付き屋根パネル集合体に供給する水蒸気の流れを複雑な配管を敷設することなく、ダイヤフラム部材が一定以上の圧力を受けることにより生じる反転運動を起点に作動して、自動的に水蒸気の流路を切り替えることができる切り替え弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
冬場において雪国では、屋根に降り積もった雪の雪下ろし作業に多くの労働力（危険を伴う作業でもある）が費やされるという問題、さらに、雪下ろし作業に必要な労働力が不足しているという問題があった。上記問題を解決すべく、出願人らは、屋根内部に水蒸気を通過させることで、水蒸気の熱が屋根自体に伝導することにより、屋根に降り積もった雪を解かすことができる融雪機能付き屋根パネルを開発した（特許文献１）。
【０００３】
出願人らが開発した融雪機能付き屋根パネルにおいては、冬場の気温が零下（マイナス２０℃になることも度々ある）になる状況において、融雪屋根パネル内部、または、融雪屋根パネルを繋ぐ配管内部に水蒸気が冷えることにより生成する水分が残存すること、イコール凍結による融雪屋根パネル、及び配管の破壊ということなので、特に避けなければならなかった。そのための仕組みとして、即ち、融雪屋根パネル内部、及び配管内部に水が溜らない様にするための水抜きの仕組みとして、図７に記載した様なバイパス機能としての水抜き配管が設置されていた。この水抜き配管により、水蒸気が再液化した後、融雪屋根パネル内部に残存しないようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０４１８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
融雪機能付き屋根パネル集合体において、熱エネルギー効率等を考慮して、図６に記載したように、融雪屋根パネル集合体の上側から順に下側に設置した融雪屋根パネルに向かって（図６において（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に）融雪が行われるように配管されている（図６参照）。即ち、融雪は、融雪屋根パネル集合体の上側に設置した屋根パネルから開始され、順に下側に設置した屋根パネルに向かって完了することになる。そうすると、融雪屋根パネル集合体の上側に設置した屋根パネルでは、既に融雪作業が完了したのにもかかわらず、さらに、水蒸気を供給し続けることになる（図６において点線で記載したような水蒸気の流れになる）。
【０００６】
かかる状況は、融雪機能付き屋根パネル集合体全体としての融雪速度を遅くするばかりでなく、上側に設置した融雪屋根パネルから放熱されてしまい、熱エネルギーの無駄になる。このような事態を回避するためには、水蒸気供給のための配管自体を見直して列ごとに配管する、水蒸気の通路切り替えのため三方弁（３方向に流体の出入口を有する弁のこと）を設置する等、複雑な配管をしなくてはならず（図８参照）、多くの配管用部材を要するため工費もかかるし、配管作業に手間もかかるし、さらにメンテナンスの点においても手間が掛かり不都合であった。
【０００７】
かかる現状を踏まえた上で、出願人は融雪が完了した融雪屋根パネルに、融雪パネル内部に水分を残存させないように設置されていた水抜き配管を、積極的に水蒸気の流路として活用することにより、融雪が完了した融雪屋根パネル内部に、自動的に水蒸気を通過させずに回避できるようにした。即ち、融雪機能付き屋根パネル集合体において、上側の融雪が完了した融雪屋根パネルには、水蒸気が供給されず、融雪が完了していない下側の融雪屋根パネルに水蒸気を供給させるような仕組みを開発した。要するに、融雪が完了した融雪パネルを通過する水蒸気の流路を変えて水抜き用の配管に水蒸気を通過させるようにするための切り替え弁を開発した。
【０００８】
本発明の目的は、融雪機能付き屋根パネル集合体に供給する水蒸気の流路を複雑な配管を敷設することなく、ダイヤフラム部材が一定以上の圧力を受けて反転する動きを起点に作動して、自動的に水蒸気の流路を切り替えることができる切り替え弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、融雪機能付き屋根パネルの水蒸気排出口側、及び水蒸気供給口側に互いに連結させて設置する水蒸気の流れる方向を切り替えるための切り替え弁であって、前記水蒸気排出口側には、弾性体により反転を阻止する方向に付勢されており中心付近に押出部材を備えたダイヤフラム部材と、前記ダイヤフラム部材の反転する動きに連動して回動するように設置された連結部材を備えており、前記水蒸気供給口側には、回動自在に設置された水蒸気切り替え部材と、サーモスタットと、前記サーモスタットの動きと連動して動く前記水蒸気切り替え部材の回動位置を固定するための介在部材を備えており、さらに、前記水蒸気排出口側の前記連結部材と前記水蒸気供給口側の前記水蒸気切り替え部材を連結させるワイヤー部材を備えていることを特徴とする切り替え弁であることを特徴とするものである。
【００１０】
尚、本明細書においてダイヤフラムとは、隔膜を意味し、空気圧（特に蒸気圧）で作動する調整弁のことである。ダイヤフラムを構成する素材としては、ゴム、樹脂、金属等が使用される。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記水蒸気切り替え部材は、前記水蒸気切り替え部材の回動軸が中心軸となるように設置した歯車を備えており、前記介在部材の先端形状は、前記水蒸気切り替え部材に設置した歯車と噛み合うことができる形状になっている切り替え弁であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２に記載された発明において、前記介在部材は、前記水蒸気切り替え部材に設置した歯車と噛み合う方向に向かって介在部材用弾性体により付勢されている切り替え弁であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明によれば、融雪が完了した融雪屋根パネルは、本来的には、凍結防止用として融雪パネル内部に水分を残存させないように設置されていた水抜き配管を、積極的に水蒸気の流路（バイパス的に）として活用することにより、自動的に水蒸気の流路を切り替えて融雪が完了した融雪屋根パネルには、水蒸気を通過させないようにすることができるようになった。
【００１４】
即ち、融雪機能付き屋根パネル集合体において、（屋根の上側の）融雪が完了した融雪屋根パネルには、融雪屋根パネルに供給した水蒸気を、水抜き配管を通過させることで水蒸気を供給させず、融雪が完了していない（屋根の下側の）融雪屋根パネルに水蒸気を供給させるような仕組みを発明した。要するに融雪が完了した融雪パネルを通過する水蒸気の流れを変えて水抜き用の配管に水蒸気を通過させるようにするための切り替え弁を提供することができるようになった。これにより融雪機能付き屋根パネル集合体において、融雪が完了した融雪屋根パネルには、水蒸気を供給せず、融雪が完了していない融雪屋根パネルに水蒸気を供給できるようになったので、熱エネルギーを有効利用することができるだけで無く、融雪作業のスピード向上を図ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施例に係る切り替え弁１０の融雪パネルにおける設置状態を説明するための全体図（一部拡大図）である。
【図２】切り替え弁１０の融雪状況に伴う作動状態を説明するための図(i)である。
【図３】切り替え弁１０の融雪状況に伴う作動状態を説明するための図(ii)である。
【図４】切り替え弁１０の融雪状況に伴う作動状態を説明するための図(iii)である。
【図５】切り替え弁１０の融雪状況に伴う作動状態を説明するための図(iv)である。
【図６】融雪状況に伴う水蒸気供給状態を説明するための概略図である。
【図７】融雪機能付き屋根パネルにおける水抜き配管を表す全体裏面斜視図である。（注：融雪屋根パネルは裏返しになっている）。
【図８】融雪機能付き屋根パネル集合体の切り替え弁を使用しない場合における配管を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜切り替え弁の構造＞
以下、本発明に係る切り替え弁１０の一実施形態について、図１〜図５に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施例に係る切り替え弁１０の融雪パネルにおける設置状態を説明するための全体図（一部拡大図）である。
【００１７】
本発明に係る切り替え弁１０は、融雪機能付き屋根パネル集合体（屋根パネルの内部を通過させた水蒸気を循環させて再利用する方式、具体的には、冬場の融雪のみならず湯沸かし器等の夏場の使用をも考慮した「循環型」では無く、屋根パネルの内部を、水蒸気を単に通過させるだけで循環させない冬場の融雪のみに使用する「非循環型」）において、最上段（上側）の融雪が完了した融雪屋根パネルに水蒸気を供給せず、未だ融雪が完了していない２段目、３段目、・・・（下側）の融雪屋根パネルに水蒸気を供給するための切り替え弁１０である。
【００１８】
図１に記載したように、本発明に係る切り替え弁１０の融雪機能付き屋根パネルの水蒸気供給口側に設置した各種部材、及び水蒸気排出口側に設置した各種部材をワイヤー部材８０で連結させて設置する切り替え弁１０である。図１拡大図に記載したように、本実施例に係る切り替え弁１０の水蒸気排出口側には、弾性体により反転を阻止する方向に付勢されており中心付近に棒状の押出部材３０を備えたダイヤフラム部材２０と、ダイヤフラム部材２０の反転する動き（直接的には、棒状の押出部材３０の下方向への動き）に連動して回動するように設置された連結部材４０を備えている。連結部材４０は、回動軸を中心にしたV字（回動軸を基準中心として７０°〜９０°の角度）型の形状をしており、V字の一端側の先端がダイヤフラム部材２０の押出部材３０と連結されており、V字の他端側の先端がワイヤー部材８０と連結されている。
【００１９】
水蒸気供給口側には、回動自在に設置された水蒸気切り替え部材５０と、サーモスタット６０と、サーモスタット６０の動きと連動して動く水蒸気切り替え部材５０の回動位置を固定するための介在部材用弾性体９０により下方向（水蒸気切り替え部材５０に設置された歯車と噛み合う方向）に付勢された介在部材７０を備えている。水蒸気供給口側の連結部材４０と水蒸気排出口側の水蒸気切り替え部材５０は、ワイヤー部材８０により連結させている。介在部材７０は、一端側の長さが他端側よりも長くなっているが、全体として「コの字」型形状をしている。図１に記載したように「コの字」の一端側（他端側よりも長くなっている）が介在部材用弾性体９０により下向きに付勢されており、他端側がサーモスタット６０の先端部に設置したピンの上下運動に連動するように設置されている。
【００２０】
次にサーモスタット６０について説明する。本実施例に係る切り替え弁１０は、サーモスタット６０と、サーモスタット６０の動きと連動して動く水蒸気切り替え部材５０の回動位置を固定するための介在部材７０を備えている。一般的にサーモスタットとは温度を調節する装置のことであり、設定された温度を保つようにスイッチのオンオフを繰り返すものであるが、本発明においては、サーモスタット６０とは、設定した温度に反応して作動するものであると定義する。具体的には、本実施例においては、例えば、５０℃を設定温度とした場合、サーモスタット６０のセンサー温度が５０℃を超えた際には先端部に設置したピンを押し下げ、サーモスタット６０のセンサー温度が５０℃以下になった際はピンを押し上げるように設定されている。
【００２１】
＜切り替え弁の融雪状況に伴う作動状態＞
図２〜図５は、本実施例に係る切り替え弁１０の融雪状況に伴う作動状態を説明するための図(i)〜(iv)である。切り替え弁１０の融雪状況に伴う作動状態を時系列（図２〜図５に向かって進行する）に沿って説明する。図２は、特定の融雪屋根パネルの融雪開始時から融雪完了直前までの本実施例に係る切り替え弁１０の作動状態を説明するための図である。図３は、特定の融雪屋根パネルの融雪完了時における切り替え弁１０の作動状態を説明するための図である。図４は、特定の融雪屋根パネルの融雪完了後、融雪屋根パネル集合体において他の融雪屋根パネルの融雪が継続している際の切り替え弁１０の作動状態を説明するための図である。図５は、融雪パネル屋根集合体における融雪が完全に完了した際の切り替え弁１０の状態を説明するための図である。
【００２２】
図２に記載したように、（特定の融雪屋根パネルにおける）融雪開始時から融雪完了直前までは、ダイヤフラム部材２０は、融雪屋根パネル内部を通過する水蒸気の熱エネルギーが融雪という仕事に費やされるため十分に温度が上昇しないため、水蒸気排出側においても水蒸気供給口から供給される蒸気圧が弱い。このため、ダイヤフラム部材２０が弾性体（つるまきバネ）の弾性力により、上に凸の状態になっている。従って、水蒸気切り替え部材５０は水抜き配管を塞いだ状態（図２拡大図参照）になっているので、水蒸気は融雪屋根パネル内部に供給されるようになっている。
【００２３】
図３に記載したように、（特定の融雪屋根パネルにおける）融雪完了時においては、水蒸気の熱エネルギーが融雪という仕事に費やされることがなくなり十分に温度が上昇する。このため、ダイヤフラム部材２０は、水蒸気排出口側においても水蒸気供給口から供給される蒸気圧が高くなるので下に凸の状態に反転する。ダイヤフラム部材２０の反転する動きに連動して回転するように設置された連結部材４０が左側に回動することにより、ワイヤー部材７０が左方向に引っ張られる。ワイヤー部材７０が左方向に引っ張られることにより、水蒸気切り替え部材５０が反時計回りに回動することになるため、屋根パネル側の水蒸気通路が遮断され、水蒸気はバイパスとして機能する水抜き配管に流れるようになる。
【００２４】
図４に記載したように、特定の融雪屋根パネルの融雪完了後、融雪屋根パネル集合体において他の融雪屋根パネルの融雪が継続している状況においては、水蒸気はバイパスとして機能する水抜き配管に流れるため、融雪が完了した特定の融雪屋根パネルには水蒸気が供給されなくなる。水蒸気排出口側に水蒸気が供給されないこの状態において、水蒸気排出側に設置したダイヤフラム部材２０は下に凸になっている。即ち、反転した状態のままである。
【００２５】
水蒸気供給口側には、サーモスタット６０の動きと連動して動く介在部材７０を備えている。水蒸気はバイパスとして機能する水抜き配管に流れているため、水蒸気供給口側（サーモスタット６０付近）は温度が高くなっており、サーモスタット６０は、温度が高くなるとピンを押し下げる方向に作動する設定になっている。このため、図４拡大図に記載したように、介在部材７０の先端が水蒸気切り替え部材５０に設置した歯車と噛み合っている。即ち、サーモスタット６０先端のピンを押し下げる方向に作動しているサーモスタット６０の押し下げ力と下方向に付勢された介在部材７０が同じ方向に働いているため
、水蒸気切り替え部材５０に設置した歯車と噛み合い、水蒸気切り替え部材５０は時計回りに回動しない。
【００２６】
要するに、本発明においては介在部材７０を設置することで、水蒸気切り替え部材５０が時計回りに回動しないようにすることで、水蒸気切り替え部材５０の回動位置が固定される仕組みになっている。この結果、水蒸気は融雪屋根パネル側に切り替わること無く、今まで通りにバイパスである水抜き配管に流れ続けることになる。このようになる仕組みを工夫したことが、本発明のポイントであると言える。
【００２７】
図５に記載したように、特定の融雪屋根パネルの融雪完了後、融雪屋根パネル集合体において他の融雪屋根パネルの融雪も完了した状況においては、バイパスである水抜き配管においても水蒸気が供給されなくなるため、水抜き配管入口付近の温度が下がる。一方、水抜き配管入口側（サーモスタット６０付近）の温度が下がると、水抜き配管入口付近に設置したサーモスタット６０が反応し、サーモスタット６０の先端部のピンが押し上げられる。
【００２８】
その結果、サーモスタット６０の先端部のピンが押し出されるため、サーモスタット６０の先端部のピンと連結して下向きに付勢されつつ設置された介在部材７０の弾性力に打ち勝ち水蒸気切り替え部材５０を解除する。一方、水蒸気排出側に設置されたダイヤフラム部材２０においても温度が下がっている（蒸気圧が弱くなる）。従って、水蒸気排出口側に設置された、弾性体により反転を阻止する方向（図５において上向き方向）に付勢されており、中心付近に棒状の押出部材３０を備えたダイヤフラム部材２０は、再び上に凸の状態に戻る。結局、水蒸気切り替え部材５０は、再び水抜き配管を塞ぐようになる。尚、この状態は作動開始前の状態である。
【００２９】
＜切り替え弁を設置したことによる融雪状況、及び水蒸気供給状況＞
図６は、融雪状況に伴う水蒸気供給状態を説明するための概略図である。図６（ａ）は、全ての融雪屋根パネルに積雪がある状態を表す図であり、図６（ｂ）は、最上段の融雪屋根パネルは融雪が完了しており、それより下側に敷設された融雪屋根パネルには雪が積もっている状態を表す図であり、図６（ｃ）は、最上段と二段目の融雪屋根パネルは融雪が完了しており、それより下側に敷設された融雪屋根パネルには雪が積もっている状態を表す図である。
【００３０】
図６（ａ）に記載したように、全ての融雪屋根パネルに積雪がある場合は、水蒸気は全ての融雪屋根パネルを通過する様になっている。そして融雪が進み、最上段の融雪屋根パネルの融雪が完了した場合は図６（ｂ）に記載したように、水蒸気の圧力が、ダイヤフラム部材に掛かった付勢された弾性力よりも大きくなった瞬間、ダイヤフラム式切り替え弁１０が作動して、屋根パネル側への水蒸気の流路が閉ざされ、水抜き配管へ水蒸気が流入する状態になる。そうすると、２段目以降の融雪屋根パネルに直接供給されることになる。即ち、最上段の融雪屋根パネルを通過すること無しに直接、２段目以降の融雪屋根パネルに水蒸気を供給する様になっている。最上段の融雪屋根パネルに続いて２段目の融雪屋根パネルの融雪が完了した場合は、同様に、ダイヤフラム式切り替え弁１０により最上段の融雪屋根パネル、及び２段目の融雪屋根パネルを通過することなしに直接、３段目以降の融雪屋根パネルに水蒸気を供給する様になっている。
【００３１】
＜切り替え弁の効果＞
本実施例によれば、融雪が完了した融雪屋根パネルは、融雪屋根パネル内部に水分を残存させないように設置されていた水抜き配管（図７参照）を、積極的に水蒸気の通路（バイパス）として活用することにより、融雪が完了した融雪屋根パネルに、自動的に水蒸気を通過させないようにすることができるようになった。
【００３２】
即ち、融雪機能付き屋根パネル集合体において、最上段（上側）の融雪が完了した融雪屋根パネルには、水蒸気は供給されず、未だ融雪が完了していない２段目、３段目、・・・（下側）の融雪屋根パネルに水蒸気を供給させるような熱感知式切り替え弁１０による仕組みを開発した。要するに、融雪が完了した融雪屋根パネルを通過する水蒸気の流れを変え、水抜き配管（図７参照）に水蒸気を通過させるようにするためのダイヤフラム式切り替え弁１０を提供することができるようになった。これにより、融雪は、融雪屋根パネル集合体の最上段（上側）では、既に融雪が完了したのにもかかわらず、さらに、水蒸気を供給し続けることが無くなりエネルギーの無駄が無くなった。即ち、融雪機能付き屋根パネル集合体全体としての融雪速度を維持しつつ、最上段、２段目、３段目・・・に設置した融雪屋根パネルからの放熱をゼロにし、熱エネルギーを融雪のためにのみ有効に利用することができるようになった。
【００３３】
＜切り替え弁の変更例＞
本発明に係る切り替え弁の構成は、上記した各実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、ダイヤフラム部材、押出部材、連結部材、水蒸気切り替え部材、サーモスタット、介在部材、ワイヤー部材、介在部材用弾性体等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る切り替え弁は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、融雪屋根パネルにおける融雪のための熱エネルギーを有効に利用することができる切り替え弁の分野で好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０・・切り替え弁
２０・・ダイヤフラム部材
３０・・押出部材
４０・・連結部材
５０・・水蒸気切り替え部材
６０・・サーモスタット
７０・・介在部材
８０・・ワイヤー部材
９０・・介在部材用弾性体
【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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