(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熱感知式切り替え弁を提供する。【解決手段】感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材と、感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材の熱膨張、収縮に起因する動きに連動して直線往復運動するように設置された押し出し部材２０と、押し出し部材２０と接続したラックギア３０、及びラックギア３０と噛み合うように設置されたピニオンギア４０と、ピニオンギア４０の回転中心に設置された回転軸と連結しており、ピニオンギア４０の回転に連動して回動する蓋部材を備える熱感知式切り替え弁とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融雪屋根パネルの水蒸気排出口に設置することにより、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ための熱感知式切り替え弁であって、
感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材と、
前記感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材の熱膨張、収縮に起因する動きに連動して直線往復運動するように設置された押し出し部材と、
前記押し出し部材と接続したラックギア、及び前記ラックギアと噛み合うように設置されたピニオンギアと、
前記ピニオンギアの回転中心に設置された回転軸と連結しており、前記ピニオンギアの回転に連動して回動する蓋部材を備えることを特徴とする熱感知式切り替え弁。
【請求項２】
前記感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材は、線熱膨張率が異なる２枚の金属板を貼り合わせたバイメタルディスクであることを特徴とする請求項１に記載の熱感知式切り替え弁。
【請求項３】
前記感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材は、周端部を凸状に形成した２枚の金属板の間に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスクであることを特徴とする請求項１に記載の熱感知式切り替え弁。
【請求項４】
前記感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材は、周端部を凸状に形成した金属板と別の金属板の間に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスクであることを特徴とする請求項１に記載の熱感知式切り替え弁。
【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に取り付けるための熱感知式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、熱を感知することにより自動的に切り替えることができる熱感知式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４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、水蒸気が水に変化した後、融雪屋根パネル内部に残存しないようになっている。一方、バイメタルとは、熱膨張率が異なる２枚の金属板を貼り合わせた複合金属材料である。温度変化によって湾曲する性質を利用し、温度計や温度調節装置などに利用されている。
【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融雪は、熱エネルギー効率等を考慮して、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行われるように配管されている（図５参照）。融雪は、融雪屋根パネル集合体の上側から順に下側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５参照）、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、出願人は融雪が完了した融雪屋根パネルは、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、積極的に水蒸気の通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発明した。即ち、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発明した。
【０００８】
本発明の目的は、融雪屋根パネル集合体に供給する水蒸気の流れを、熱を感知することにより自動的に切り替えることができる熱感知式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、融雪屋根パネルの水蒸気排出口に設置することにより、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ための熱感知式切り替え弁であって、感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材と、前記感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材の熱膨張、収縮に起因する動きに連動して直線往復運動するように設置された押し出し部材と、前記押し出し部材と接続したラックギア、及び前記ラックギアと噛み合うように設置されたピニオンギアと、
前記ピニオンギアの回転中心に設置された回転軸と連結しており、前記ピニオンギアの回転に連動して回動する蓋部材を備えることを特徴とする熱感知式切り替え弁であることを特徴とするものである。
【００１０】
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、前記温度を感知することにより膨張、収縮を繰り返す部材は、線熱膨張率が異なる２枚の金属板を貼り合わせたバイメタルディスクである熱感知式切り替え弁であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３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、前記感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材は、周端部を凸状に形成した２枚の金属板の間に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスクである熱感知式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４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、前記感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材は、周端部を凸状に形成した金属板と別の金属板の間に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスクである熱感知式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、積極的に水蒸気の通路（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れ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。
【００１４】
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、水抜き配管をスルーさせることで水蒸気を供給せず、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、上側の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下側の融雪屋根パネルに水蒸気を供給できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る熱感知式切り替え弁の全体側面図である。
【図２】熱感知式切り替え弁の取り付け位置を記載した上面図、及び側面図である。
【図３】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４】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５】融雪機能付き屋根パネル集合体の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】
＜熱感知式切り替え弁の構造、及び作動機構＞
以下、本発明に係る熱感知式切り替え弁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。本実施例においては感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材としてバイメタルディスク７０を例に挙げて説明するが、効果・作用においては周端部を凸状に形成した２枚の金属板の間に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスクであっても、周端部を凸状に形成した金属板と別の金属板の間に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスクであっても同様である。図１は、本発明に係る熱感知式切り替え弁１０の全体側面図である。
【００１７】
本発明に係る熱感知式切り替え弁１０は、図１に記載したように、感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材であるバイメタルディスク７０と、バイメタルディスク７０に隣接するように設置することでバイメタルディスク７０が熱膨張、収縮に起因して反転変位した際、この反転変位に連動して直線往復運動するように設置された押し出し部材２０と、押し出し部材２０と接続したラックギア３０、及びラックギア３０と噛み合うように設置されたピニオンギア４０と、ピニオンギア４０の回転に連動して回転するように回転軸５０を介して設置された蓋部材６０を備えている。
【００１８】
図２は、熱感知式切り替え弁１０の取り付け位置を記載した上面図、及び側面図である。本発明に係る熱感知式切り替え弁１０は、融雪パネルの下流側（供給された水蒸気が排出される側）に取り付ける。融雪パネル内部に水蒸気が流れることにより、融雪パネル上の雪が解けると共に、融雪パネルの水蒸気排出口に設置した感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材であるバイメタルディスク７０の温度も上昇する。図１に記載したように、バイメタルディスク７０は温度が上昇すると熱膨張により反転し（図１（ｂ）参照）、押し出し部材２０を押し出し、さらに、押し出し部材２０と接続されたラックギア３０、ラックギア３０と噛み合うように設置されたピニオンギア４０に連動し、ピニオンギア４０の回転に連動して回動するように設置された蓋部材６０を上方向に回動させる。それにより蓋部材６０は融雪屋根パネルの水蒸気排出口を閉じるので、水蒸気は融雪屋根パネル内を通過することができず、水蒸気は、結果的にバイパス機能としての水抜き配管（図４参照）を通過して下側に敷設された融雪屋根パネルに水蒸気が供給されることになる。
【００１９】
＜熱感知式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３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３（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３（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３（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。
【００２０】
図３（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３（ｂ）に記載したように、水蒸気の熱がバイメタルディスク７０に伝導し、感知した温度（例えば１００℃）になった瞬間、熱感知式切り替え弁１０が作動して、蓋部材６０により融雪屋根パネルの水蒸気排出口を閉じてしまうため、水蒸気は最上段の融雪屋根パネル内部を通過できなくなる。そうすると、引き続き供給される水蒸気は、バイパスとしての水抜き配管を通過して、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、熱感知式切り替え弁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。
【００２１】
＜熱感知式切り替え弁の効果＞
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４参照）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。
【００２２】
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４参照）に水蒸気を通過させるようにするための熱感知式切り替え弁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。
【００２３】
＜熱感知式切り替え弁の変更例＞
本発明に係る熱感知式切り替え弁１０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、押し出し部材２０、ラックギア３０、ピニオンギア４０、回転軸５０、蓋部材６０、バイメタルディスク７０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。
【００２４】
例えば、図１に記載したように、蓋部材６０を融雪パネルに対して垂直に設置するのでは無く、感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材（本実施例においてはバイメタルディスク７０）側において、熱による変位量が少ない場合であっても、融雪屋根パネルに設置された水蒸気排出口を閉じることができるように蓋部材６０を傾けて（例えば４５°程度）設置することもできる。また、感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材として、本実施例に記載されたようにバイメタルディスク７０、そして周端部を凸状に形成した２枚の金属板の間に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスク、周端部を凸状に形成した金属板と別の金属板の間に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスク以外にも、バネ形状等に加工されたバイメタル材であっても良いし、さらには形状記憶合金等を使用しても良い。
【００２５】
更に言えば、感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材として、周端部を凸状に形成した２枚の金属板の間に感知した温度に応じて熱膨張、収縮を繰り返す部材、周端部を凸状に形成した金属板と別の金属板の間に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスクの代わりに、２枚の金属板をリング状の枠体で挟んでから内部に液体、又は気体等の膨張媒体を封入したディスクにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る熱感知式切り替え弁は、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熱感知式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】
【００２７】
１０・・熱感知式切り替え弁
２０・・押し出し部材
３０・・ラックギア
４０・・ピニオンギア
５０・・回転軸
６０・・蓋部材
７０・・バイメタルディスク
【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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