(57)【要約】      （修正有）【課題】低いコストで運用することができ、且つ既存の建築物においても好適に適用可能な除雪装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる除雪装置の構成は、傾斜している屋根に積もった雪を落下させる除雪装置であって、傾斜した屋根の外面に配置される熱電変換素子（素子ユニット１２０の素子１２２）と、熱電変換素子に電力を供給する電力供給手段（電力ケーブル１２６）と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜している屋根に積もった雪を落下させる除雪装置であって、
前記傾斜した屋根の外面に配置される熱電変換素子と、
前記熱電変換素子に電力を供給する電力供給手段と、
を備えることを特徴とする除雪装置。
【請求項２】
前記熱電変換素子は、前記屋根の傾斜に沿う方向に線状であり、前記屋根の幅方向に隙間をあけて複数並列に配置されることを特徴とする請求項１に記載の除雪装置。
【請求項３】
前記熱電変換素子の表面に配置される保護プレートを更に備え、
前記保護プレートの表面には前記屋根の傾斜に沿う方向に線状のリブが形成されていて、該リブは前記屋根の幅方向に隙間をあけて複数並列に配置されることを特徴とする請求項１に記載の除雪装置。
【請求項４】
前記熱電変換素子が発電した電力を蓄電するバッテリーを更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の除雪装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜している屋根に積もった雪を落下させる除雪装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
豪雪地帯では、冬季の積雪による被害が深刻な問題となっている。その１つとして、屋根の上の積雪による建築物の損傷を例示することができる。そこで例えば特許文献１では、屋根に堆積した雪を融雪する屋根パネルが提案されている。特許文献１の屋根パネルは、枠体と枠体の上側と下側に取り付けられる面材とを有する。特許文献１の屋根パネルでは、枠体内に気化させた熱媒体を通過させることにより、熱媒体の熱が伝導して屋根上に堆積した雪が融かされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
特許文献１の屋根パネルでは、屋根に堆積した雪を融かし、雨樋もしくは雨水管を経て排出することにより、屋根から落雪することなく融雪するとしている。しかしながら、特許文献１の屋根パネルでは、枠体内に通過させる熱媒体として、蒸気ボイラーで発生させた蒸気を用いている。この蒸気は温度が高いため、屋根と雪の接している領域だけでなく、厚さ方向に数ミリ余分な雪を溶かす。さらに屋根材へも放熱されるため、無駄な熱が生じる。このため、特許文献１の屋根パネルでは、大量の燃料が必要となり、装置の運用コストが極めて大きい。
【０００５】
また特許文献１の屋根パネルは、屋根そのものと一体である。このため、新規の建築物には容易に導入可能であるが、既存の建築物に導入する際には、屋根を一度撤去し、特許文献１の屋根パネルを新たに施工する必要がある。このため、施工コストや工期の面において既存の建築物に特許文献１の屋根パネルを導入することは困難である。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み、低いコストで運用することができ、且つ既存の建築物においても好適に適用可能な除雪装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる除雪装置の代表的な構成は、傾斜している屋根に積もった雪を落下させる除雪装置であって、傾斜した屋根の外面に配置される熱電変換素子と、熱電変換素子に電力を供給する電力供給手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、電力供給手段によって熱電変換素子（以下、単に素子と称する）に電力が供給されると、素子の表面と裏面との間において温度差が生じ、素子の表面の温度が上昇する。したがって、屋根に積もった雪のうち、素子の表面と接している領域の雪が融ける。屋根が傾斜していることから、素子の表面と接している領域の雪が融けると、屋根に積もった雪は、屋根の傾斜に沿って下方に移動し、地上に落下する。
【０００９】
このとき上記の除雪装置では、電力によるジュール熱および素子において生じた温度差による熱を用いて雪を融かす。雪と接する素子の表面は０〜１０℃程度まで上昇し、１ｍｍ程度の雪を溶かし、数百μｍの水膜を形成する。また素子の裏面はペルチェ効果により冷却されるため吸熱のみで放熱は無い。このため、従来のように燃料を用いる場合に比して、低いコストで装置を運用することができる。また上記構成によれば、傾斜した屋根であれば、熱電変換素子を後から配置することが可能であるため、既存の建築物においても好適に適用することができる。
【００１０】
上記熱電変換素子は、屋根の傾斜に沿う方向に線状であり、屋根の幅方向に隙間をあけて複数並列に配置されるとよい。かかる構成によれば、複数の素子が間隔をあけて配置されていることにより、雪と素子の表面とが接している領域が少なくなる。したがって、より少ない電力で上述した効果を得ることが可能となる。またかかる構成によれば、素子の表面と接している領域の雪が融けると、その融水を溝状の間隙から排出することができ、除雪後に溝内の融水が再凍結することが防止される。
【００１１】
上記熱電変換素子の表面に配置される保護プレートを更に備え、保護プレートの表面には屋根の傾斜に沿う方向に線状のリブが形成されていて、リブは屋根の幅方向に隙間をあけて複数並列に配置されるとよい。これにより、落下物等の衝撃から素子を好適に保護することができる。また保護プレートに複数の隙間が設けられていることにより、素子の熱によって溶けた融水を隙間から排出することが可能となる。
【００１２】
上記熱電変換素子が発電した電力を蓄電するバッテリーを更に備えるとよい。積雪時以外には、素子は日照によって表面の温度が上昇し、表面と裏面との間に温度差が生じる。これにより、素子ひいては除雪装置では、温度差すなわち熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電することができる。したがって、バッテリーを備えることにより、発電して電力を蓄電し、有効活用することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低いコストで運用することができ、且つ既存の建築物においても好適に適用可能な除雪装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態にかかる除雪装置について説明する図である。
【図２】図１のヒートパネルについて説明する図である。
【図３】本実施形態の除雪装置の動作について説明する図である。
【図４】屋根に積もった雪の除雪手順について説明する図である。
【図５】除雪装置の積雪時以外の運用法を説明する図である。
【図６】素子ユニットの他の構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態にかかる除雪装置１００について説明する図である。図１に示すように、建物１００ａの屋根１０２は傾斜している。本実施形態にかかる除雪装置１００は、図１のように傾斜した屋根１０２に設置され、屋根１０２に積もった雪を落下させる装置である。
【００１７】
本実施形態の除雪装置１００は、屋根１０２の外面に並設される複数のヒートパネル１１０を含んで構成される。１つのヒートパネル１１０の大きさは、大よそ瓦程度であるとよく、屋根１０２の全体に複数のヒートパネル１１０を敷き詰めることにより、本実施形態の除雪装置１００が形成される。
【００１８】
図２は、図１のヒートパネル１１０について説明する図である。図２（ａ）に示すように、ヒートパネル１１０は、複数の素子ユニット１２０を配列して構成される。図２（ｂ）に示すように、素子ユニット１２０は、熱電変換素子（以下、素子１２２と称する）、パネル部材１２４および電力供給手段である電力ケーブル１２６を含んで構成される。
【００１９】
素子１２２は、熱エネルギーと電気エネルギーの変換（熱電変換）を行う。本実施形態では、複数の線状の素子１２２が間隔を設けてパネル部材１２４上に配置される。これにより、傾斜した屋根１０２（図１参照）の外面にパネル部材１２４を介して素子１２２が配置される。また線状の素子１２２が間隔を設けて配置されることにより、隣接する素子１２２同士の間には溝状の隙間１２８が形成される。素子１２２には、パネル部材１２４を介して電力ケーブル１２６が接続されている。これにより、電力ケーブル１２６を介して素子１２２に電力が供給される。
【００２０】
図３は、本実施形態の除雪装置１００の動作について説明する図である。図３（ａ）は、図１の建物１００ａの屋根１０２に雪１０が積もった状態を示す図であり、図３（ｂ）は、屋根１０２に雪１０が積もった状態の除雪装置１００の模式的な断面図である。図３（ａ）に示すように屋根１０２に雪１０が積もると、図３（ｂ）に示すように除雪装置１００を構成するヒートパネル１１０（図１および図２参照）の素子ユニット１２０上に雪１０が積もる。
【００２１】
図３（ｂ）に示すように雪が積もった状態で電源１３０から電力ケーブル１２６を通じて素子ユニット１２０に電力を供給すると、素子ユニット１２０の素子１２２の表面１２２ａと裏面１２２ｂとの間において温度差が形成される（ペルチェ効果）。これにより、素子１２２の裏面１２２ｂでは屋根１０２からの吸熱が生じ、素子１２２の表面１２２ａでは雪１０への放熱が生じる。その結果、素子１２２に接触している雪１０ａが融ける。
【００２２】
具体的には、雪１０と接する素子１２２の表面１２２ａは０〜１０℃程度まで上昇する。これにより、素子１２２の表面１２２ａは、１ｍｍ程度の雪を溶かし、数百μｍの水膜を形成する。一方、素子１２２の裏面１２２ｂはペルチェ効果により冷却されるため吸熱のみで放熱は無い。
【００２３】
このとき、素子ユニット１２０には電力によるジュール熱も発生する。したがって、雪１０を融かす熱は、電力によるジュール熱および素子１２２において生じた温度差による熱である。したがって、電力によるジュール熱のみによって発熱する伝熱ヒータを用いる場合に比して、低い電力量で雪１０を融かすことができる。また従来のように燃料を用いる場合に比しても格段に低いコストで雪１０を融かすことができる。したがって、本実施形態の除雪装置１００によれば、従来よりも飛躍的に低コストで装置を運用することが可能となる。また本実施形態の除雪装置１００は、屋根１０２にヒートパネル１１０を後付で設置可能である。したがって、既設の建築物においても好適に適用可能である。
【００２４】
そして、屋根１０２が傾斜していることにより、屋根１０２に積もった雪１０のうち、素子１２２の表面１２２ａと接している領域の雪１０ａが融けると、雪１０は傾斜に沿って屋根１０２を下方に滑り、地上に落下する。したがって、人員が屋根にあがって除雪作業することなく屋根１０２の雪１０を除去することができ、積雪による建物１００ａへの損傷を防ぐことが可能となる。
【００２５】
特に本実施形態では、素子１２２は、屋根１０２の傾斜に沿う方向に線状であり、屋根１０２の幅方向に隙間をあけて複数並列に配置される。これにより、屋根１０２の全面に板状の素子を配置した場合や、間隔をあけずに線状の素子１２２を配置した場合に比して、必要な素子の量が少なくなる。したがって、素子１２２にかかるコストを削減することができる。
【００２６】
また線状の素子１２２が間隔をあけて複数配置されていることにより、雪１０ａと素子１２２の表面１２２ａとが接している領域が少なくなる。したがって、より少ない電力で屋根１０２の雪１０を除去する効果が得られる。更に、複数の線状の素子１２２の間に間隙１２８が形成されていることにより、素子１２２の表面１２２ａと接している領域の雪１０ａが融けた融水１０ｂを溝状の間隙１２８から排出することが可能となる。したがって、除雪後における間隙１２８内の融水１０ｂの再凍結を好適に防ぐことが可能となる。
【００２７】
なお、上記説明した実施形態では、線状の素子１２２が隙間をあけて複数配置される素子ユニット１２０を例示したが、これに限定するものではない。すなわち、素子ユニット１２０の全面に素子１２２が設けられている構成とすることも可能である。また素子１２２の形状についても、線状という形状は例示に過ぎず、他の形状を除外するものではない。
【００２８】
ここで、上記説明したように、本実施形態の除雪装置１００では融雪時に素子１２２の裏面１２２ｂにおいて屋根１０２から（建物１００ａの躯体から）の吸熱が生じる。このため、屋根１０２ひいては屋内の温度が低下してしまうことが懸念される。しかしながら、屋根１０２は一般的に、間隔をあけて複数配置される垂木１０４に支持される。したがって、垂木１０４の隙間によって通気が確保されるため、屋根１０２は空気から熱を得ることができる。故に、実質的には、素子１２２の裏面１２２ｂは、ヒートポンプと同様に屋根１０２を介して空気から吸熱することとなり、室内の温度の低下はほぼ生じないものと考えられる。
【００２９】
なお、仮に屋根１０２が空気から吸熱できない場合であっても、本実施形態の除雪装置１００では、屋根１０２に積もった雪１０の全体ではなく、素子１２２と接触する箇所の雪１０ａを融かすだけで雪１０全体を除去することができる。したがって、雪１０ａを融かすための熱量がわずかであるため、素子１２２の屋根１０２からの吸熱量が屋根１０２の熱容量を上回ることは生じないものと想定される。
【００３０】
図４は、屋根１０２に積もった雪１０の除雪手順について説明する図である。本実施形態の除雪装置１００を用いて屋根１０２の雪１０を除雪する際には、屋根１０２の傾斜方向で雪１０を分割し、段階的に除雪していくとよい。例えば図１のようにヒートパネル１１０が６段配置されている場合、図４（ａ）では、下２段のヒートパネル１１０によって雪１０を融かし、下部の雪１０を除雪している。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、中２段のヒートパネル１１０によって雪を融かし、中央の雪１０を除雪する。そして最後に、上２段のヒートパネル１１０によって雪１０を融かして上部の雪１０を除雪することにより、屋根１０２の雪１０がすべて除雪され、図１に示す状態となる。このように、屋根１０２の上の雪１０を段階的に除雪することにより、全てまとめて除雪する場合に比して、一度に地上に落下する雪の量が少なくなる。したがって、落下した雪の撤去作業を効率的に行うことが可能となる。
【００３２】
図５は、除雪装置１００の積雪時以外の運用法を説明する図である。図５では、除雪装置１００は、素子ユニット１２０の素子１２２が発電した電力を蓄電するバッテリー１４０を更に備える。上述した素子１２２は、屋根１０２に雪１０が積もっていない場合、日照によって表面１２２ａの温度が上昇し、表面１２２ａと裏面１２２ｂとの間に温度差が生じる。これにより、素子１２２ひいては除雪装置１００において、温度差に起因する熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行うことができる（ゼーベック効果）。
【００３３】
すなわち上記構成によれば、積雪時以外は除雪装置１００を太陽熱発電装置として機能させることができる。したがって、除雪装置１００がバッテリー１４０を備えることにより、素子１２２において発電した電力を蓄電し、有効活用することが可能となる。なお、この場合においても、屋根１０２の裏面は垂木１０４を通過する空気によって冷却されるため、屋根１０２の躯体の温度上昇は生じず、素子１２２の表面１２２ａおよび裏面１２２ｂにおける温度差を確保することができる。
【００３４】
図６は、素子ユニット２２０の他の構成を例示する図である。なお、上記の実施形態の素子ユニット１２０と共通の構成要素については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。図６に示す素子ユニット２２０は、先に説明した素子ユニット２２０のパネル部材１２４に替えて、保護プレート２２４を備える。
【００３５】
図６に示すように、素子ユニット２２０の素子はプレート形状であり、この素子２２２の表面１２２ａに保護プレート２２４が配置される。これにより、落下物等の衝撃から素子２２２を好適に保護することができる。保護プレート２２４の材質としては、アルミ等の金属を用いるとよい。これにより、素子２２２から保護プレート２２４への熱伝導率を高めることができる。
【００３６】
そして保護プレート２２４の表面には屋根１０２（図１参照）の傾斜に沿う方向に線状のリブ２２４ａが形成されている。リブ２２４ａは、屋根１０２の幅方向に隙間をあけて複数並列に配置される。これにより、保護プレート２２４において、隣接する複数のリブ２２４ａの間に間隙２２４ｂが形成される。したがって、溶かすべき雪１０ａの量が少なくなると共に、素子２２２の熱によって溶けた融水１０ｂを間隙２２４ｂから排出することが可能となる。
【００３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、傾斜している屋根に積もった雪を落下させる除雪装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０…雪、１０ａ…雪、１０ｂ…融水、１００…除雪装置、１００ａ…建物、１０２…屋根、１０４…垂木、１１０…ヒートパネル、１２０…素子ユニット、１２２…素子、１２２ａ…表面、１２２ｂ…裏面、１２４…パネル部材、１２６…電力ケーブル、１２８…間隙、１３０…電源、１４０…バッテリー、２２０…素子ユニット、２２２…素子、２２４…保護プレート、２２４ａ…リブ、２２４ｂ…間隙
【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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