(57)【要約】【課題】安価で製造でき、熱効率に優れ、ロードヒーティングシステムのランニングコストを低く抑えることができるロードヒーティング用ブロックを提供すること。【解決手段】ロードヒーティング用発熱ブロック１０は、セメント、骨材、及び水に、炭素粉及び炭素繊維が添加され、練合わされ、硬化されてなる。通電されると、発熱ブロック１０全体が発熱する。この発熱ブロック１０は、ロードヒーティングシステムに利用される。発熱ブロック１０はそのまま地中に敷設すると漏電するので、発熱ブロック１０全体をブチルゴム系の絶縁防水シート２０で覆い、道路舗装体（アスファルト構造体）中に敷設して使用する。この発熱ブロック１０に１０〜３０Ｖの電圧で電流を流すと、発熱ブロック１０が熱を発生し路面の氷解・融雪が行われる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に敷設され通電されて発熱するロードヒーティング用ブロックであって、
セメント、骨材、及び水に、炭素粉と炭素繊維が添加され、練合わされ、硬化されたものであることを特徴とする、
ロードヒーティング用ブロック。
【請求項２】
絶縁防水シートで覆われてなる、請求項１のロードヒーティング用ブロック。
【請求項３】
前記絶縁防水シートがブチルゴムからなる、請求項２のロードヒーティング用ブロック。
【請求項４】
絶縁塗膜でコーティングされてなる、請求項１のロードヒーティング用ブロック。
【請求項５】
前記骨材が砂及び砂利からなる、請求項１から４のいずれかのロードヒーティング用ブロック。
【請求項６】
前記骨材が砂からなる、請求項１から４のいずれかのロードヒーティング用ブロック。
【請求項７】
電極が両端に挿入されている、請求項１から６のいずれかのロードヒーティング用ブロック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路等に施されるロードヒーティング、特に、寒冷地、豪雪地帯等の積雪対策として有効なロードヒーティング発熱ブロックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、路面の氷解と融雪は、塩化ナトリウム・塩化カルシウムの散布、温水、水の散布、温水パイプ埋設によるロードヒーティング、熱線ヒータ埋設によるロードヒーティング等により行われている。
【０００３】
塩化ナトリウム・塩化カルシウムは、水分と塩分が混ざることによって凍りにくくなる性質を利用して、凍結防止剤として用いられ、安価で簡便な手段として広く普及しているが、塩化物であるので、金属が錆びやすく、コンクリート等に悪影響を与えたり、植物等への塩害を発生させる等の問題を有する。
【０００４】
また、温水、水の散布は、水資源が豊富な地域で広く行われており、周囲の土壌を汚染することがないという利点があるが、水資源が限られた地域では利用が難しいという問題を有する。
【０００５】
温水パイプ埋設によるロードヒーティングとしては、タンク、電気ヒータ、パイプ及び循環ポンプを具えた装置によるロードヒーティングがある（例えば、特許文献１参照。）。この装置では、電気ヒータにより加熱されたタンク内の液体が、循環ポンプによりパイプに送出され、パイプを液体が流れることにより、パイプの埋設箇所で氷解・融雪がなされる。
この装置によると、温水を加熱するのに電気を使用するので、環境に有害な影響を及ぼすことがなく、路面の氷解・融雪をすることができる。
【０００６】
熱線ヒータ埋設によるロードヒーティングとしては、中心にガラス繊維や耐熱ゴムからなる不導体線を有し、その周りに６本の導線を具えた発熱線を埋設するものがある（例えば、特許文献２参照。）
この発熱線は、周囲の６本の導線を中心の不導体線に螺旋状に巻付けることにより、発熱による熱膨張があっても、逃げがあるため、断線を防ぐことができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１２３４０８号公報
【特許文献２】
特開平９−２６００４１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１及び特許文献２のロードヒーティングシステムは、熱源の熱効率が悪いことからランニングコストが高くなってしまうという問題を有する。
また、特許文献１及び特許文献２のロードヒーティングシステムは、夏の高温時に、粘弾性体であるアスファルト特有のニーディング現象（もみこみ現象）により、アスファルト中のパイプや発熱線が断線してしまうという問題を有する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、地中に敷設され通電されて発熱するロードヒーティング用ブロックであって、
セメント、骨材、及び水に、炭素粉と炭素繊維が添加され、練合わされ、硬化されたものであることを特徴とするロードヒーティング用ブロックによって、前記の課題を解決した。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、電熱線や温水パイプと比べ、発熱体自体の表面積が大きく熱効率に優れていることから、ロードヒーティングシステムのランニングコストを下げることができる。
また、発熱ブロックに用いる材料は、セメント、砂、砂利、炭素粉、炭素繊維であり、いずれも比較的廉価で入手できるものであるので、ロードヒーティングシステムの施工費を下げることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のロードヒーティング用発熱ブロック１０は、セメント、骨材、及び水に、炭素粉及び炭素繊維が添加され、練合わされ、硬化されてなるものであり、通電されると、発熱ブロック１０全体が発熱することを特徴とするものである。この発熱ブロック１０は、図１に示すようなロードヒーティングシステムに利用されるものであり、発熱ブロック１０はそのまま地中に敷設すると漏電するので、発熱ブロック１０全体をブチルゴム系の絶縁防水シート２０で覆い、道路舗装体（アスファルト構造体）中に敷設する。この発熱ブロック１０に１０〜３０Ｖの電圧で電流を流すと、発熱ブロック１０が熱を発生し路面の氷解・融雪が行われる。
【００１２】
骨材は砂又は砂及び砂利からなり、骨材が砂のみからなる場合、発熱ブロックはモルタルとなり、骨材が砂及び砂利からなる場合、発熱ブロックはセメントとなる。骨材の選択は用途によってなされる。
【００１３】
電源については、システムの施工される箇所によって異なるが、通常、１００Ｖの電源が利用できる場所であれば、変圧器を用いて低電圧にして利用することができる。本発明の発熱ブロックは、低電圧で十分に発熱するものであるので、様々な省エネルギーが可能であり、ソーラバッテリ、風車発電機等を電源として利用することもできる。
制御装置は、温度センサによって検知される道路表面及び発熱ブロックの温度に基づいて、発熱ブロックに流す電流を制御する。この制御装置により、効率的且つ確実なロードヒーティングが可能になる。
【００１４】
本発明の発熱ブロックは、コンクリート又はモルタルを練上げる時点で炭素粉（粉末カーボン）と炭素繊維（カーボンファイバ）を混合して固め、発熱ブロックに通電性を持たせ、その発熱ブロックの持つ電気抵抗値を下げることによって、低電圧で発熱させることを可能にしたものである。本発明の特徴は、（１）低電圧で十分な発熱が可能である、（２）ブロック全体で発熱するので、発熱体の表面積が大きく、従来の電熱線による発熱と比べ、熱効率が格段に優れている、という点にある。
また、本発明の発熱ブロックは、炭素繊維の混入によって、大きな強度を有し長期の使用が可能であるという利点を有する。
【００１５】
なお、このロードヒーティングシステムでは、発熱ブロック１０全体をブチルゴム系の絶縁防水シート２０で覆うことで、発熱ブロック１０の絶縁と防水がなされているが、これに限るものではなく、アスファルト系塗膜をアスファルト構造体に融合させ、塩化ビニール塗膜を発熱ブロックに塗布する等、発熱ブロック全体に直接絶縁塗膜を施してもよい。
【００１６】
発熱ブロック１０は原則的には、コンクリート塊（ブロック）は、図２（ａ）に示すように、基層アスファルト、下層アスファルト、表層アスファルトからなるアスファルト構造体の中の下層アスファルトに設置するものである。下部表面からの放熱を避け、上部表面の熱伝導を良くするため、下部表面積を小さくし、上部表面に突起を設ける等して上部表面積を大きくすることが好ましい。
下部への放熱を防ぐ方法として、図２（ｂ）に示すように、断熱材上に絶縁防水処理を施した発熱ブロック１０を敷設することもできる。
【００１７】
本発明の発熱ブロックを利用したロードヒーティングシステムのさらなる実施形態を図３〜図５に基づいて説明する。
このロードヒーティングシステムは、図３に示すように、上部絶縁防水シート２０Ａ及び下部絶縁防水シート２０Ｂ両方に電導テープを貼付け、電源からの導線の一端を電導テープに、もう一端を発熱ブロック１０に接続してなるものである。
各々の発熱ブロック１０は伸縮自在な連結器具で結合され、連結器具の差込箇所は通電試験の完了後、絶縁防水性のある樹脂で固められる。このような伸縮自在な連結器具で結合することで、下部影響で舗装体に亀裂を生じるリフレクション・クラックや、ニーディング現象による断線等が発生しにくくなる。
【００１８】
図４に示すように、絶縁防水シート２０と発熱ブロック１０は密着して敷設され、電導テープと発熱ブロック１０間を電流が流れるようになっている。そして、図５で示されるように、上部絶縁防水シート２０Ａと下部絶縁防水シート２０Ｂは電導テープの位置が合うように一体化され、発熱ブロック１０は電導テープ上に配置される。
電気抵抗体である発熱ブロックは、直列、並列等の極板の配列によって、電流・電圧の関係が異なってくるため、それぞれの状況に合った配列がなされなければならないが、このロードヒーティングシステムは、電導テープの配列を変えることで直列、並列等の配列を簡便に変更でき、状況に応じ適切な配列を簡便に構成できる。
【００１９】
また、図３には同一の大きさの発熱ブロックが示されているが、これに限るものでなく、大きさの異なる発熱ブロックを用いてもよい。このように、大きさの異なるブロックを組合わせて構成することにより、状況に柔軟に応じたシステムの構築が可能となる。
【００２０】
発熱ブロックは電圧を高めると発熱する温度も高まるが、電圧を一定にすると、図６に示すように発生する温度も時間の経過とともに、一定になる性質を有する。
また、発熱ブロックの電気抵抗値は、図７に示すように、作製当初が最も高く、通電することでその値が小さくなり、その後一定になる。
発熱ブロックは電圧を高めると約８０度の高温を発生させることも可能である。しかし、アスファルト構造体の中での発生させる温度は、道路の凍結防止が目的であれば１５〜２３℃で十分であることが、これまでの試験結果から確認されている。また、電流は、直流、交流のいずれでも発熱するが、交流が発熱効率が比較的良いことが確認されている。
【００２１】
図８に示すように、発熱ブロックに電極板を挿入して電流を流すことも可能である。この場合、本発明の発熱ブロックが十分に発熱するには、電極と電極の間隔Ｄが５０〜２５０ｍｍであることが望ましい。また、本発明の発熱ブロックの低電圧における発熱とは、具体的には、電圧１０〜３０Ｖ、電気抵抗５〜５０Ωにおける発熱を指すものである。
電極は、一枚からなる単層極板や、二、三枚からなる多重層極板の平板並列型、円形サークル型や角型サークル型、単独放射型や多点放射型を用いることができ、それぞれ用途によって使い分けられる。
【００２２】
発熱ブロックの形状としては、図１に示す形状に限るものではなく、例えば、図９（ａ）に示す上部に突起が付いた直方体、図９（ｂ）に示す円柱、図９（ｃ）に示すドーナッツ型、図９（ｄ）に示す中空を有する直方体であってもよい。実際にこれらを試作し、アスファルト舗装体の中に設置して放熱させてみると、ブロック単体では同重量単位体積当たりの表面積が大きいドーナッツ型又は中空を有する直方体の発熱ブロックが、熱伝導率において優れていることが確認されている。
【００２３】
しかし、発熱ブロックを熱源とするロードヒーティング舗装体としての観点で考えると、ブロックは１つの部材であって、ロードヒーティングシステムは、図３に示すように、これらのブロックをネット状に組合せて、舗装体の中に設置してなるものであるから、ブロックの形状、大きさ、数量、配置、配列等は、ロードヒーティングの種類、ヒーティングされる場所、範囲等によって定められることが好ましい。
【００２４】
この発熱ブロックを利用して、温める対象物（道路舗装体及びその構築物）としては、車道の曲線部・坂道・交差点、一般歩道、歩道橋周辺、駐車場、バス停、建物から歩道までの道路、ごみ置場等が考えられる。
また、道路には、高速自動車道、国道（主要線）、国道（一般道）、県道、都道、区道、市町村道等があるが、それぞれにアスファルト層の厚さ、路般砕石の厚さ、すなわち、道路構成体が異なっているので、それぞれに適した方法で本発明の発熱ブロックは設置されることが望ましい。
【００２５】
本発明の発熱ブロックを利用したロードヒーティングシステムのさらなる実施形態を図１０に示す。このロードヒーティングシステムは、電源、制御装置、発熱マットの３要素から成立っており、発熱ブロック１０をネット状に連結して絶縁防水シート２０で包んでなる発熱マットを舗装体（アスファルト層又は路盤砕石層内）に設置し、制御装置によって必要温度に適合するように電流・電圧を制御して通電することによって効率良く舗装体を温め、舗装体表面の凍結を防止するものである。
【００２６】
制御装置は、電流・電圧の制御数値、発熱ブロックの抵抗値、発熱温度、電極回路等をそれぞれのネットごとにモニタに表示し制御する。また、この制御装置は、トラブルで発熱しないブロックがある場合に、電流の流れを変えることによって、再び発熱させることができるものである。この制御装置により、ロードヒーティングシステムは、効率的に機能できる。
【００２７】
発熱マットは、上記に述べたように、発熱ブロックをネット状に連結し、絶縁防水シート２０で包んでなるものであるが、この発熱マットには、電極回路、温度センサ、（防水型）配線端子等がついて、マットとマットは連結器具で結ばれる。道路舗装体に、このマットを埋設するが、その施工は、アスファルト・フィニッシャで下層アスファルトを敷き均した直後、予め連結されたマットを敷きその上にアスファルトを敷設してなされる。
【００２８】
このロードヒーティングシステムは、従来の電熱線によるものと比べ、ランニングコストは従来のおよそ１／１０である。これは、本発明の発熱ブロックが、電熱線と比べ、表面積が大きく熱効率に優れているからである。
また、発熱ブロックに用いる材料は、セメント、砂、砂利、炭素粉、炭素繊維であり、いずれも比較的廉価で入手できるものであるので、本発明の発熱ブロックを利用した制御装置を含めたロードヒーティングシステムの施工費は、同じ規模で比較すると、従来の電熱線によるロードヒーティングシステムの１／３〜１／２程で施工することができるものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電熱線と比べ、表面積が大きく熱効率に優れているので、ロードヒーティングシステムのランニングコストを下げることができる。
また、発熱ブロックに用いる材料は、セメント、砂、砂利、炭素粉、炭素繊維であり、いずれも比較的廉価で入手できるものであるので、ロードヒーティングシステムの施工費も下げることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発熱ブロックを利用したロードヒーティングシステムの概要図。
【図２】本発明の発熱ブロックの敷設状態における断面図。
【図３】本発明の発熱ブロックを利用したさらなる実施形態のロードヒーティングシステムの分解斜視図。
【図４】絶縁防水シートで覆われた発熱ブロックの断面図。
【図５】発熱ブロックと電導テープの配置図。
【図６】本発明の発熱ブロックの通電時間と温度を表すグラフ。
【図７】本発明の発熱ブロックの通電時間と抵抗値を表すグラフ。
【図８】電極が挿入された本発明の発熱ブロックの説明図。
【図９】様々な形状の本発明の発熱ブロックの斜視図。
【図１０】本発明の発熱ブロックを利用したさらなる実施形態のロードヒーティングシステムの概要図。
【符号の説明】
１０：発熱ブロック
２０：絶縁防水シート
【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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【図１０】
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