特許 5955990 面状発熱装置、融雪装置および照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5955990

(24)【登録日】2016年6月24日

(45)【発行日】2016年7月20日

(54)【発明の名称】面状発熱装置、融雪装置および照明装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/38 20060101AFI20160707BHJP

   H05B 3/00 20060101ALI20160707BHJP

   E04H 9/16 20060101ALI20160707BHJP

   F21V 29/00 20150101ALI20160707BHJP

   F21S 8/08 20060101ALI20160707BHJP

【ＦＩ】

   H05B3/38

   H05B3/00 310C

   E04H9/16 H

   F21V29/00

   F21S8/08 110

【請求項の数】13

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-5030(P2015-5030)

(22)【出願日】2015年1月14日

(65)【公開番号】特開2016-48669(P2016-48669A)

(43)【公開日】2016年4月7日

【審査請求日】2015年6月11日

(31)【優先権主張番号】特願2014-172499(P2014-172499)

(32)【優先日】2014年8月27日

(33)【優先権主張国】JP

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 製品プレゼンテーションによる公開 平成２６年７月２３日 秋田県平鹿地域振興局使用による公開 平成２６年１０月２２日 横手市役所本庁舎周囲の道路

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】512158446

【氏名又は名称】本郷 武延

(73)【特許権者】

【識別番号】514216856

【氏名又は名称】塚本 勝朗

(74)【代理人】

【識別番号】100112689

【弁理士】

【氏名又は名称】佐原 雅史

(74)【代理人】

【識別番号】100128934

【弁理士】

【氏名又は名称】横田 一樹

(72)【発明者】

【氏名】本郷 武延

【審査官】 長浜 義憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１１５６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４９５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３０６６５７６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 実用新案登録第２５９０７６６（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 特公昭６３−４２８２６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 実開昭５８−０９５５９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０２−０３７４８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００３−１５５８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２４８６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１７３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２３３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２００９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２７０１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３／３８

Ｈ０５Ｂ ３／００

Ｅ０４Ｈ ９／１６

Ｆ２１Ｓ ８／０８

Ｆ２１Ｖ ２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受熱面および放熱面を有する略平板状の受放熱部材と、
前記受放熱部材の前記受熱面側に配置され、通電により熱を発する発熱部材と、
前記発熱部材を被覆し、前記受放熱部材と前記発熱部材の間を電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、
前記受放熱部材は、膨張黒鉛を含む膨張黒鉛層を前記受熱面と前記放熱面の間に有し、
前記受熱面は、前記膨張黒鉛層から構成され、
前記発熱部材および前記絶縁部材は、前記受放熱部材への押圧によって前記絶縁部材の少なくとも一部が前記膨張黒鉛層の局部的な窪みに埋め込まれた状態で配置されることを特徴とする、
面状発熱装置。

【請求項2】

前記受放熱部材の少なくとも前記放熱面を覆う保護部材を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の面状発熱装置。

【請求項3】

前記保護部材は、袋状に構成され、
前記受放熱部材、前記発熱部材および前記絶縁部材は、負圧状態とした前記保護部材内に収容されることを特徴とする、
請求項２に記載の面状発熱装置。

【請求項4】

前記保護部材は、屋根材、床材または壁材であることを特徴とする、
請求項２または３に記載の面状発熱装置。

【請求項5】

前記発熱部材は、前記受熱面に沿って配置される電熱線から構成されることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれかに記載の面状発熱装置。

【請求項6】

平面的に配置した前記発熱部材を支持する支持部材を有し、前記受放熱部材の前記受熱面側に配置される発熱モジュールを備えることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれかに記載の面状発熱装置。

【請求項7】

前記受放熱部材は、前記膨張黒鉛層に隣接する金属層を有することを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれかに記載の面状発熱装置。

【請求項8】

前記金属層は、２つの前記膨張黒鉛層の間に設けられることを特徴とする、
請求項７に記載の面状発熱装置。

【請求項9】

他の領域よりも放熱量を増加させた高放熱領域を備えることを特徴とする、
請求項１乃至８のいずれかに記載の面状発熱装置。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれかに記載の面状発熱装置を備えることを特徴とする、
融雪装置。

【請求項11】

積雪を検出する積雪検出センサと、
前記積雪検出センサが積雪を検出したことに基づいて前記発熱部材に通電する発熱制御装置と、を備えることを特徴とする、
請求項１０に記載の融雪装置。

【請求項12】

受熱面および放熱面を有する略平板状に構成され、前記放熱面が筐体の積雪の生じる部分の内側面に沿う状態で配置される受放熱部材と、
前記受放熱部材の前記受熱面側に配置され、通電により光および熱を発する光源と、
前記受放熱部材と前記光源の間を電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、
前記受放熱部材は、膨張黒鉛を含む膨張黒鉛層を前記受熱面と前記放熱面の間に有することを特徴とする、
照明装置。

【請求項13】

前記光源の発した熱を前記受放熱部材に伝える伝熱部材を備えることを特徴とする、
請求項１２に記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、面状に発熱する面状発熱装置、ならびにこれにより融雪を行う融雪装置および照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、豪雪地帯では除雪に多大な労力を費やしており、近年の高齢者人口の増加に伴い、その負担は大きなものとなっている。特に、住宅の屋根等の除雪作業では、滑りやすい場所での高所作業となることから転落事故が相次いでおり、行政機関にとっても深刻な問題となっている。

【0003】

このような問題に対し、近年では、屋根等の積雪を融かして除去する融雪装置が注目されている。このような融雪装置としては、温水配管や電熱線等のヒータを屋根に埋設して融雪を行うタイプのものが一般的であるが、設置工事に要するコストが高いという問題があった。また、このような一般的な融雪装置では、温水配管や電熱線の近傍のみが局部的に加熱されることとなるため、一般に融雪効率が低く、燃料費や電力費等のランニングコストが高騰するだけでなく、温水配管等の配置状態によっては融雪むらが発生するという問題があった。

【0004】

一方、比較的簡便に屋根等に設置可能なシートタイプの融雪装置（融雪シート）も存在しており、熱伝導性に優れる膨張黒鉛シートに直接通電することで、シート全体を面状に発熱させるようにした発熱体シート等も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２００９５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１に記載の発熱体シートでは、むらのない融雪を可能とするためには、融雪範囲と略同じ面積を有する膨張黒鉛シートに通電して発熱させる必要があり、従来の一般的な融雪装置と同様に、やはり消費電力が大きくなるという問題があった。また、膨張黒鉛シートに直接通電した場合、面内における抵抗値の分布によって局部的な過熱が生じる場合があり、この場合、むらのない融雪が得られない可能性があるばかりか、発火等を生じる危険性もあった。

【0007】

本発明は、斯かる実情に鑑み、面状の発熱をより簡便且つ安価に行うことが可能な面状発熱装置、融雪装置および照明装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本発明は、受熱面および放熱面を有する略平板状の受放熱部材と、前記受放熱部材の前記受熱面側に配置され、通電により熱を発する発熱部材と、前記発熱部材を被覆し、前記受放熱部材と前記発熱部材の間を電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、前記受放熱部材は、膨張黒鉛を含む膨張黒鉛層を前記受熱面と前記放熱面の間に有し、前記受熱面は、前記膨張黒鉛層から構成され、前記発熱部材および前記絶縁部材は、前記受放熱部材への押圧によって前記絶縁部材の少なくとも一部が前記膨張黒鉛層の局部的な窪みに埋め込まれた状態で配置されることを特徴とする、面状発熱装置である。

【0009】

（２）本発明はまた、前記受放熱部材の少なくとも前記放熱面を覆う保護部材を備えることを特徴とする、上記（１）に記載の面状発熱装置である。

【0010】

（３）本発明はまた、前記保護部材は、袋状に構成され、前記受放熱部材、前記発熱部材および前記絶縁部材は、負圧状態とした前記保護部材内に収容されることを特徴とする、上記（２）に記載の面状発熱装置である。

【0011】

（４）本発明はまた、前記保護部材は、屋根材、床材または壁材であることを特徴とする、上記（２）または（３）に記載の面状発熱装置である。

【0012】

（５）本発明はまた、前記発熱部材は、前記受熱面に沿って配置される電熱線から構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の面状発熱装置である。

【0013】

（６）本発明はまた、平面的に配置した前記発熱部材を支持する支持部材を有し、前記受放熱部材の前記受熱面側に配置される発熱モジュールを備えることを特徴とする、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の面状発熱装置である。

【0015】

（７）本発明はまた、前記受放熱部材は、前記膨張黒鉛層に隣接する金属層を有することを特徴とする、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の面状発熱装置である。

【0016】

（８）本発明はまた、前記金属層は、２つの前記膨張黒鉛層の間に設けられることを特徴とする、上記（７）に記載の面状発熱装置である。

【0017】

（９）本発明はまた、他の領域よりも放熱量を増加させた高放熱領域を備えることを特徴とする、上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の面状発熱装置である。

【0018】

（１０）本発明はまた、上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の面状発熱装置を備えることを特徴とする、融雪装置である。

【0019】

（１１）本発明はまた、積雪を検出する積雪検出センサと、前記積雪検出センサが積雪を検出したことに基づいて前記発熱部材に通電する発熱制御装置と、を備えることを特徴とする、上記（１０）に記載の融雪装置である。

【0021】

（１２）本発明はまた、受熱面および放熱面を有する略平板状に構成され、前記放熱面が筐体の積雪の生じる部分の内側面に沿う状態で配置される受放熱部材と、前記受放熱部材の前記受熱面側に配置され、通電により光および熱を発する光源と、前記受放熱部材と前記光源の間を電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、前記受放熱部材は、膨張黒鉛を含む膨張黒鉛層を前記受熱面と前記放熱面の間に有することを特徴とする、照明装置である。

【0023】

（１３）本発明はまた、前記光源の発した熱を前記受放熱部材に伝える伝熱部材を備えることを特徴とする、上記（１２）に記載の照明装置である。

【発明の効果】

【0024】

本発明に係る面状発熱装置、融雪装置および照明装置によれば、面状の発熱をより簡便且つ安価に行うことが可能という優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】（ａ）本発明の実施形態に係る面状発熱装置の概略平面図である。（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図2】（ａ）〜（ｃ）発熱部材の周辺を拡大して示した概略断面図である。

【図3】（ａ）〜（ｆ）は、保護部材の密封手順の一例を示した概略図である。

【図4】面状発熱装置における伝熱の態様を示した概略断面図である。

【図5】面状発熱装置に発熱モジュールを設けるようにした場合の一例を示した概略平面図である。

【図6】（ａ）発熱モジュールの構造を示した概略分解斜視図である。（ｂ）発熱モジュールの受放熱部材への固定を示した概略分解斜視図である。

【図7】面状発熱装置を積雪を検出して発熱部材に通電するように構成した場合の一例を示した概略平面図である。

【図8】面状発熱装置の放熱量を面方向に変化させるように構成した場合の一例を示した概略平面図である。

【図9】（ａ）および（ｂ）保護部材を屋根材から構成するようにした場合の一例を示した概略分解斜視図である。

【図10】（ａ）本発明の実施形態に係る照明装置の概略底面図である。（ｂ）図１０（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の各図における各部の寸法比は必ずしも正確なものではない。

【0027】

図１（ａ）は、本実施形態に係る面状発熱装置１の概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、発熱部材１０の周辺を拡大して示した概略断面図である。

【0028】

本実施形態の面状発熱装置１は、住宅や各種建造物の屋根等に設置されて融雪を行う融雪装置として使用される、または融雪装置の一部として使用されるものである。これらの図に示されるように、面状発熱装置１は、通電により熱を発する発熱部材１０と、発熱部材１０からの熱を受けて放熱する受放熱部材２０と、発熱部材１０と受放熱部材２０の間を電気的に絶縁する絶縁部材３０と、発熱部材１０、受放熱部材２０および絶縁部材３０を覆う保護部材４０と、を備えている。

【0029】

発熱部材１０は、電熱線から構成され、通電により発した熱を受放熱部材２０に伝えるものである。発熱部材１０は、受放熱部材２０の受熱面２０ａ（図中の底面）側に蛇行配置されており、２つの端部１０ａ、１０ｂは導線１２を介して図示を省略した電源に接続されている。本実施形態では、発熱部材１０をニクロム線から構成しているが、例えばカンタル線等、その他の電熱線から発熱部材１０を構成するようにしてもよい。

【0030】

受放熱部材２０は、略矩形平板状（シート状）の部材であり、発熱部材１０からの熱を受熱面２０ａで受熱し、融雪のための熱を放熱面（図中の上面）２０ｂから放熱するものである。本実施形態では、受放熱部材２０を、膨張黒鉛シートから構成している。この膨張黒鉛シートとは、硫酸または硝酸等の強酸によって層間化合物を生成した黒鉛の粉末を急熱して膨張させた膨張黒鉛の粉末を、シート状に圧縮成形することによって得られるものである。

【0031】

膨張黒鉛シートは、厚さ方向の熱伝導率が低いもの、面方向の熱伝導率が非常に高いという特性を有している。また、黒鉛は、熱の放射率および吸収率が高いという特性を有している。詳細は後述するが、本実施形態では、このような膨張黒鉛シートの特性を有効活用することで、放熱面２０ｂからの略均一な放熱を可能としている。また、受放熱部材２０を膨張黒鉛シートから構成することにより、受放熱部材２０を軽量に構成すると共に、適度な可撓性を持たせることができる。これにより、面状発熱装置１の取り扱い、すなわち保管、運搬および設置等を容易にすることが可能となる。

【0032】

受放熱部材２０を構成する膨張黒鉛シートは、図２（ａ）に示されるように、受熱面２０ａと放熱面２０ｂの間に膨張黒鉛層２１のみを有するものであってもよいし、図２（ｂ）に示されるように、例えば２つの膨張黒鉛層２１の間に補強としての金属層２２を有するものであってもよい。受放熱部材２０に膨張黒鉛層２１と共に金属層２２を設ける場合、例えば金属シートと膨張黒鉛単体のシートを重ねてプレス等により圧着すればよい。

【0033】

なお、膨張黒鉛層２１は、膨張黒鉛以外に各種バインダー等を含むものであってもよいことはいうまでもなく、さらに例えば厚さ方向の熱伝導率を調整するための各種金属等を混合したものであってもよい。また、金属層２２を構成する金属の種類は、特に限定されるものではないが、アルミや銅等の熱伝導率の高い金属または合金であることが好ましく、重量およびコストの観点からは、アルミまたはアルミ合金であることが好ましい。

【0034】

絶縁部材３０は、発熱部材１０を被覆して発熱部材１０と受放熱部材２０との間を電気的に絶縁するものである。すなわち、本実施形態では、発熱部材１０と受放熱部材２０の間を電気的に絶縁し、発熱部材１０のみに電流が流れるようにすることで、消費電力を低減するようにしている。また、受放熱部材２０に電流を流さないようにすることで、受放熱部材２０内の抵抗値の分布に起因する局部的な過熱が発生しないようにしている。

【0035】

絶縁部材３０の材質は、特に限定されるものではないが、適宜の電気絶縁性および耐熱性を有するものであればよく、発熱部材１０から受放熱部材２０へ効率的に熱を伝達させるためには、例えばガラスクロス等の比較的高い熱伝導率を有するものであることが好ましい。また、絶縁部材３０は、発熱部材１０を構成する電熱線等を被覆するように予め設けられたものであってもよいし、電熱線等を例えばガラスクロステープ等で被覆し、これを絶縁部材３０とするようにしてもよい。また、発熱部材１０を被覆するのではなく、発熱部材１０と受放熱部材２０の間に絶縁部材３０からなる絶縁層を設けるようにしてもよい。

【0036】

発熱部材１０は、絶縁部材３０を介して受放熱部材２０の受熱面２０ａに固定される。絶縁部材３０の受放熱部材２０への固定は、適宜の接着剤や粘着テープ等、既知の各種固定方法を利用すればよい。また、図２（ｃ）に示されるように、絶縁部材３０に被覆された発熱部材１０をプレス等によって受放熱部材２０の受熱面２０ａに圧着するようにしてもよい。この場合、発熱部材１０および絶縁部材３０の受放熱部材２０への固定をより確実にすることが可能となる。また、図２（ｃ）に示されるように、発熱部材１０および絶縁部材３０を膨張黒鉛層２１に埋め込むようにすることで、より効率的に発熱部材１０から受放熱部材２０へ熱を伝達させることが可能となる。

【0037】

保護部材４０は、発熱部材１０、受放熱部材２０および絶縁部材３０を外側から覆うことにより、保護するものである。特に、受放熱部材２０を構成する膨張黒鉛シートは比較的脆い材料であり、外部からの衝撃等で容易に破損する可能性があるが、本実施形態のように保護部材４０で覆うことにより適切に保護することができる。

【0038】

保護部材４０は、略矩形の袋状に構成されており、その内部に発熱部材１０、受放熱部材２０、絶縁部材３０および導線１２の一部が略密封状態で収容されるようになっている。保護部材４０の材質は、特に限定されるものではないが、短絡や漏電等の事故防止の観点からは、例えば各種ゴムまたは樹脂等、適宜の電気絶縁性および耐熱性を備えると共に、防水性を備える材質であることが好ましい。また、保護部材４０の材質は、適宜の可撓性を有する材質であることが好ましく、この場合、面状発熱装置１の取り扱いを容易にすると共に、保護部材４０を受放熱部材２０等に適宜に密着させてこれらを適切に保護することができる。

【0039】

図３（ａ）〜（ｆ）は、保護部材４０の密封手順の一例を示した概略図である。まず、保護部材４０は、図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、矩形状の２枚のシート状部材４１、４２の３辺を接着または溶着等することで、一端が開口した袋状の部材として構成される。次に、予め発熱部材１０および絶縁部材３０が固定された受放熱部材２０を、図３（ｃ）に示されるように、袋状の保護部材４０の内部に挿入する。

【0040】

受放熱部材２０を保護部材４０の内部に収容したならば、図３（ｄ）に示されるように、ノズルＮを保護部材４０の開口に挿入する。次に、保護部材４０の開口の一部を接着等によって適宜に塞いだ後に、図３（ｅ）に示されるように、図示を省略した真空ポンプ等をノズルＮに接続し、保護部材４０内部の空気を吸引して保護部材４０内部を負圧状態とする。これにより、保護部材４０は、負圧によって受放熱部材２０等に適宜に密着されることとなる。

【0041】

最後に、図３（ｆ）に示されるように、ノズルＮを保護部材４０から取り外した後に残りの開口を接着等により完全に塞ぎ、保護部材４０を密封する。以上の手順により、保護部材４０の密封が完了する。なお、ノズルＮの挿入部分には、逆止弁等を設けておくようにしてもよい。また、導線１２は、接着等する部分の間から外部に引き出すようにしてもよいし、導線１２を引き出すために別途設けた孔から引き出すようにしてもよい。

【0042】

本実施形態では、保護部材４０内部を負圧状態とすることで、保護部材４０を受放熱部材２０等に適宜に密着させ、保護部材４０と内部の受放熱部材２０等の相対的な移動を防止するようにしている。このようにすることで、保護部材４０を受放熱部材２０等に適宜に固定し、受放熱部材２０等を適切に保護することが可能となる。また、保護部材４０に撓み等が発生するのを防止することができるため、撓み部分に何かが引っ掛かることによる保護部材４０の破損等を防止することが可能となる。

【0043】

なお、受放熱部材２０、絶縁部材３０および保護部材４０の厚みは、特に限定されるものではなく、伝熱性と強度または絶縁性とのバランス等に応じて適宜に設定すればよい。また、発熱部材１０の断面積は、必要な発熱量と長さから適宜に設定すればよい。

【0044】

また、発熱部材１０の配置構成は、蛇行配置に限定されるものではなく、例えば渦巻き状の配置等、その他の任意の配置構成を採用することができる。また、複数の発熱部材１０を適宜の間隔で配置するようにしてもよいし、１つの発熱部材１０を適宜の間隔で分岐させるようにしてもよい。

【0045】

次に、面状発熱装置１における伝熱の態様について説明する。図４は、面状発熱装置１における伝熱の態様を示した概略断面図である。同図に示されるように、通電により発熱部材１０の発する熱は、絶縁部材３０を介した熱伝導および熱伝達、ならびに発熱部材１０からの熱放射により受放熱部材２０の受熱面２０ａに伝わることとなる。なお、膨張黒鉛は、熱の放射率および吸収率に優れるため、絶縁部材３０の材質として、例えばガラスクロス等の適宜に電磁波を透過させる材質を採用することで、熱放射によっても十分な熱を受放熱部材２０に移動させることが可能となる。

【0046】

受放熱部材２０の受熱面２０ａに移動した熱は、受放熱部材２０の膨張黒鉛層２１における面方向と厚さ方向の熱伝導率の差により、主に面方向に拡散移動することとなる。これにより、受放熱部材２０の受熱面２０ａ側には、面方向の所定の範囲にわたって高温領域２０ｃが形成され、この高温領域２０ｃから放熱面２０ｂに向けて厚さ方向に熱が移動することとなる。また、厚さ方向に移動する熱は、移動中さらに面方向に拡散するため、放熱面２０ｂでは所定の範囲にわたって面方向に略均一な放熱がなされることとなる。

【0047】

受放熱部材２０の放熱面２０ｂからの放熱は、熱伝導および熱伝達ならびに熱放射によって保護部材４０の内側面４０ａに伝わることとなる。その後、熱は保護部材４０の内部を移動し、保護部材４０の外側面４０ｂから熱伝導および熱伝達ならびに熱放射によって雪１００に伝わり、この結果、融雪が行われる。

【0048】

上述のように、保護部材４０は負圧により受放熱部材２０と適宜に密着しているため、放熱面２０ｂから保護部材４０ｂの内側面４０ａに効率的に伝達されることとなる。また、膨張黒鉛は熱の放射率が高いことから、保護部材４０を熱の吸収率の高いゴム等から構成することにより、放熱面２０ｂからの熱放射を保護部材４０に効率的に吸収させることが可能となる。すなわち、放熱面２０ｂからの放熱をより確実に雪に伝達し、融雪をより効率的に行うことが可能となる。

【0049】

このように本実施形態では、発熱部材１０の発した局所的な熱を、受放熱部材２０によって効率的に拡散させた上で放熱することができるため、ニクロム線等からなる細い発熱部材１０を受熱面２０ａ側に適宜の間隔で配置することで、放熱面２０ｂから略均一な放熱を行うことが可能となっている。すなわち、本実施形態では、少ない消費電力で効率的な融雪を行うことが可能となっている。

【0050】

なお、受放熱部材２０が金属層２２を有する場合にも、同様の効果を奏することが可能であることはいうまでもない。また、この場合、図２（ｂ）に示した例のように、２つの膨張黒鉛層２１の間に金属層２２を設け、受熱面２０ａおよび放熱面２０ｂを両方とも膨張黒鉛層２１から構成することで、受放熱部材２０を適宜に補強しながらも、熱放射を活用した効率的な熱の移動を維持することが可能となる。

【0051】

但し、受放熱部材２０に金属層２２を設ける場合、膨張黒鉛層２１および金属層２２の配置構成は、図２（ｂ）に示した例に限定されるものではなく、少なくとも１つの膨張黒鉛層２１を有するものであれば、その他の任意の配置構成を採用することができる。また、金属層２２は、メッシュ状（網状）や格子状の金属シートから構成されるものであってもよい。

【0052】

次に、面状発熱装置１のその他の形態の例について説明する。図５は、面状発熱装置１に発熱モジュール５０を設けるようにした場合の一例を示した概略平面図である。また、図６（ａ）は、発熱モジュール５０の構造を示した概略分解斜視図であり、図６（ｂ）は、発熱モジュール５０の受放熱部材２０への固定を示した概略分解斜視図である。

【0053】

発熱モジュール５０は、絶縁部材３０によって被覆された発熱部材１０を所定の範囲にわたって平面的に配置し、平板状の支持部材５１に固定して支持したものである。この例では、図６（ａ）に示されるように、適宜の蛇行状に曲折した発熱部材１０および絶縁部材３０を２つの樹脂フィルム５１ａ、５１ｂの間に挟み、ラミネート加工することによって発熱モジュール５０を構成している。

【0054】

このように、発熱部材１０を予め適宜の間隔で平面的に固定配置した発熱モジュール５０を設けることで、発熱部材１０の受放熱部材２０への固定を容易にすることが可能となる。すなわち、図６（ｂ）に示されるように、発熱モジュール５０を適宜の間隔で並べて平板状の支持部材５１を受放熱部材２０の受熱面２０ａに固定するだけで、発熱部材１０を適切な間隔で容易に固定配置することが可能であり、これにより、面状発熱装置１の製造コストを削減することができる。

【0055】

なお、発熱モジュール５０の受放熱部材２０への固定方法は、特に限定されるものではなく、例えば支持部材５１の四隅等、複数箇所を接着剤や粘着テープ等によって固定するようにしてもよいし、受放熱部材２０と発熱モジュール５０を重ねた状態でプレス等により圧着するようにしてもよい。また、発熱モジュール５０は、ラミネート加工以外の方法で発熱部材１０を支持部材５１に固定したものであってもよい。また、支持部材５１を絶縁部材３０として兼用するようにしてもよい。

【0056】

また、図５に示す例では、２つの発熱モジュール５０を設けるようにした場合を示しているが、発熱モジュール５０の数はこれに限定されるものではなく、１つまたは３つ以上の発熱モジュール５０を設けるようにしてもよいことはいうまでもない。また、複数の発熱モジュール５０を設ける場合、図５に示されるように、各発熱モジュール５０が備える発熱部材１０を導線１２を介して互いに直列に接続するようにしてもよいし、互いに並列に接続するようにしてもよい。

【0057】

図７は、面状発熱装置１を積雪を検出して発熱部材１０に通電するように構成した場合の一例を示した概略平面図である。この例の面状発熱装置１は、積雪を検出する積雪検出センサ６０と、積雪検出センサ６０が積雪を検出したことに基づいて発熱部材１０に通電する発熱制御装置６２と、を備えている。

【0058】

積雪検出センサ６０は、この例では光センサから構成されている。すなわち、積雪検出センサ６０は、受光部の受ける光が所定量の積雪により遮られることに基づいて積雪を検出するものである。なお、受光部の受ける光は、積雪検出センサ６０の備える発光部の発する光であってもよいし、街灯や太陽光等の外部からの光であってもよい。例えば、夜間に街灯の光が当たる位置に積雪検出センサ６０を配置することで、夜間にも積雪を検出することが可能となる。

【0059】

発熱制御装置６２は、適宜のマイコンおよびスイッチ等を備えて構成され、積雪検出センサ６０が積雪を検出した場合に、電源の電力を発熱部材１０に供給して発熱させる。発熱制御装置６２はまた、発熱部材１０の発熱により積雪が融け、積雪検出センサ６０が積雪を検出しなくなった場合に、発熱部材１０への電力の供給を停止する。

【0060】

このように、面状発熱装置１に積雪検出センサ６０および発熱制御装置６２を設けることで、例えば一定量の積雪のあるときにだけ発熱部材１０に通電することができるため、面状発熱装置１の消費電力をより一層低減することが可能となる。なお、積雪検出センサ６０は、例えば荷重センサ等、光センサ以外から構成されるものであってもよいが、積雪検出センサ６０を光センサから構成することで、簡便に積雪を検出することが可能となる。

【0061】

図８は、面状発熱装置１の放熱量を面方向に変化させるように構成した場合の一例を示した概略平面図である。この例では、発熱部材１０を密に配置することで、保護部材４０の外側面４０ｂにおいて他の領域よりも放熱量（発熱量）を増加させた高放熱領域７０を、面状発熱装置１に設けるようにしている。本実施形態では発熱部材１０を電熱線から構成しているため、その間隔を適宜に調整することで、容易に放熱量を変化させることが可能となっている。また、受放熱部材２０によって熱が面方向に速やかに拡散されるため、放熱量をなだらかに分布させることが可能となっている。

【0062】

このように、高放熱領域７０を設けることで、融雪の状態を適宜に調整することができるため、より効率的な融雪を行うことが可能となる。例えば、屋根の軒先側に高放熱領域７０を配置することで、つららの発生を防止することが可能となる。すなわち、屋根の軒先側に供給する熱量を増加させることで、融雪により生じた水が屋根の軒先で再度冷却されて氷となるのを防止することができるため、より確実な融雪および除雪を行うことが可能となる。

【0063】

なお、発熱部材１０の材質や構造、または発熱部材１０への供給電力等を異ならせることによって高放熱領域７０を設けるようにしてもよい。また、発熱モジュール５０を設けるようにした場合、発熱モジュール５０の種類を異ならせることによって高放熱領域７０を設けるようにしてもよい。積雪検出センサ６０および発熱制御装置６２を設けるようにした場合、例えば積雪検出センサ６０が積雪を検出しなくなった後も、高放熱領域７０への電力供給は一定時間継続するようにしてもよい。また、高放熱領域７０の位置、範囲および個数が、特に限定されないことはいうまでもない。

【0064】

図９（ａ）および（ｂ）は、保護部材４０を屋根材から構成するようにした場合の一例を示した概略分解斜視図である。保護部材４０は、必ずしも上述の例のように発熱部材１０、受放熱部材２０および絶縁部材３０を全体的に覆うものである必要はなく、積雪の生じる側、すなわち受放熱部材２０の少なくとも放熱面２０ｂを覆うものであればよい。特に、屋根材は建物を雨水等から保護するためのものであることから、保護部材４０を屋根材から構成し、屋根材の裏面４０ｃ側（下側）に受放熱部材２０を配置することで、受放熱部材２０等を雨水その他から適切に保護することが可能となる。さらに、適切な防水性を有する絶縁部材３０によって発熱部材１０を被覆することで、水濡れに起因する漏電等をより確実に防止することができる。

【0065】

また、受放熱部材２０を屋根材に適宜に固定することで、面状発熱装置１を、融雪機能を有する屋根材として使用することが可能となる。上述のように本実施形態では、ニクロム線等からなる細い発熱部材１０と薄手のシート状の受放熱部材２０の組合せによって効率的な融雪が可能であるため、保護部材４０を屋根材から構成することにより、通常の屋根材と同様に取り扱うことが可能な面状発熱装置１を実現することができる。これにより、面状発熱装置１の設置がきわめて容易になるだけでなく、建物の外観を損なうことなく面状発熱装置１を設置することが可能となる。

【0066】

保護部材４０を構成する屋根材は、図９（ａ）に示す略平板状の瓦棒以外にも、図９（ｂ）に示す折板や波板等であってもよい。上述のように黒鉛は熱の放射率が高いため、受放熱部材２０の放熱面２０ｂを膨張黒鉛層２１から構成することで、放熱面２０ｂと保護部材４０を構成する屋根材の間に空間があったとしても、熱放射によって十分な熱を保護部材４０を構成する屋根材に伝えることができる。

【0067】

従って、本実施形態では、保護部材４０を構成する屋根材に受放熱部材２０を全体的に密着させる必要は必ずしもなく、図９（ｂ）に示されるように、折板や波板等から構成した保護部材４０と略平板状の受放熱部材２０を組み合わせた場合においても、十分に効率的な融雪が可能となっている。すなわち、本実施形態では、受放熱部材２０の配置の自由度が高いため、既存の各種形状の屋根材をそのまま保護部材４０として使用することが可能であり、屋根材として使用可能な面状発熱装置１を安価に構成することが可能となっている。

【0068】

また、図９（ｂ）に示されるように、適宜に高放熱領域７０を設けることで、より効率的な融雪を行うことが可能となる。この場合、高放熱領域７０は、図９（ｂ）に示されるように例えば軒先側等、面状発熱装置１の設置場所に応じて設けるようにしてもよいし、例えば放熱面２０ｂと保護部材４０との間隔が広くなる位置に設ける等、保護部材４０を構成する屋根材の形状に応じて高放熱領域７０を設けるようにしてもよい。

【0069】

なお、保護部材４０を構成する屋根材の材質は、例えば屋根材の材質として一般的なメッキ鋼板等、熱伝導率の高い金属製であることが好ましいが、その他の材質であってもよい。また、保護部材４０を構成する屋根材への受放熱部材２０の固定方法は、特に限定されるものではなく、例えば接着やねじ締結等、既知の各種方法を採用することができる。また、屋根材と膨張黒鉛シートを重ねてプレス等により圧着し、受放熱部材２０と保護部材４０を一体的に形成するようにしてもよい。また、受放熱部材２０は、例えば下葺き材等、保護部材４０を構成する屋根材以外の部材に固定されるものであってもよい。また、折板等から保護部材４０を構成した場合においても、受放熱部材２０を折板等の裏面４０ｃに沿う形状に構成し、折板等と受放熱部材２０を全体的に略密着させるようにしてもよいことはいうまでもない。

【0070】

また、保護部材４０を構成する屋根材の反対側に別の保護部材４０を配置するようにしてもよく、袋状の保護部材４０の上にさらに屋根材から構成される保護部材４０を配置するようにしてもよい。また、保護部材４０を構成する１つの屋根材に対して複数の受放熱部材２０を配置するようにしてもよい。また、保護部材４０を屋根材から構成した場合においても、発熱モジュール５０や、積雪検出センサ６０および発熱制御装置６２を設けるようにしてもよいことはいうまでもない。

【0071】

また、保護部材４０を構成する屋根材の裏面４０ｃに膨張黒鉛シートを接着または圧着等することにより、受放熱部材２０とは別の膨張黒鉛層を屋根材に設け、屋根材における熱の吸収率および面方向の熱伝導率を向上させるようにしてもよい。このようにすることで、保護部材４０を構成する屋根材の形状によらず、より効率的な融雪を行うことが可能となる。

【0072】

その他、図示は省略するが、面状発熱装置１は、融雪装置以外にも例えば暖房装置、温熱装置、保温装置または乾燥装置等、面状の発熱を利用する各種装置として、または各種装置の一部として使用されるものであってもよい。例えば保護部材４０を袋状に構成した面状発熱装置１を屋内の床面に敷くことで、ホットカーペットとして使用することができる。また、図９（ａ）および（ｂ）に示した例における屋根材に代えて、各種床材や壁材等から保護部材４０を構成することで、面状発熱装置１を床暖房装置や壁暖房装置等として使用することができる。また、恒温槽や乾燥室等の周囲に面状発熱装置１を設けるようにしてもよい。

【0073】

本実施形態の面状発熱装置１では、膨張黒鉛層２１を有する受放熱部材２０によって熱を速やかに面方向に拡散させることができるため、融雪以外の用途においても少ない消費電力で効率的な加熱が可能となっている。また、発熱部材１０の配置間隔の調整で高放熱領域７０を容易に設定することができるため、各種装置の用途や特性、使用条件等に合わせた発熱態様を容易に実現することが可能となっている。

【0074】

次に、本実施形態に係る照明装置２について説明する。図１０（ａ）は、本実施形態に係る照明装置２の概略底面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。照明装置２は、屋外で街灯として使用されるものであり、面状発熱装置１を備えることによって自身の上部の積雪を自動的に融かして除去可能に構成されたものである。

【0075】

図１０（ａ）および（ｂ）に示されるように、照明装置２は、筐体８０内に各部を収容して適宜に保護するように構成されており、この筐体８０は、ブラケット８１を介して電柱や照明柱等に取り付けられるようになっている。筐体８０の下部８０ａの４箇所には、光を透過する下部レンズ８２が配置され、各下部レンズ８２の奥には光を発する光源であるＬＥＤモジュール８３が配置されている。そして、積雪の生じる筐体８０の上部８０ｂの内側面には、受放熱部材２０が配置され、ＬＥＤモジュール８３と受放熱部材２０の間には、両者を接続する略柱状の伝熱部材９０が配置されている。

【0076】

すなわち、照明装置２の備える面状発熱装置１は、光源であるＬＥＤモジュール８３が発熱部材１０として機能し、伝熱部材９０を介してＬＥＤモジュール８３の発する熱を受放熱部材２０に伝えるように構成されている。また、筐体８０は、保護部材４０として機能し、受放熱部材２０は、ＬＥＤモジュール８３の備える適宜の絶縁部材３０によってＬＥＤモジュール８３から電気的に絶縁されている。上述のように面状発熱装置１は、受放熱部材２０によって熱を速やかに面方向に拡散させることができるため、ＬＥＤモジュール８３のようなスポット的に発熱する発熱部材１０によっても筐体８０の上部８０ｂに略均一に熱を伝え、効率的な融雪を行うことが可能となっている。

【0077】

また、ＬＥＤモジュール８３を発熱部材１０とすることで、ＬＥＤモジュール８３の発する熱を有効活用して少ない消費電力で融雪を行うことが可能になるだけでなく、ＬＥＤモジュール８３の発する熱を外部に放出する放熱装置として面状発熱装置１を兼用することができるため、照明装置２を安価且つコンパクトに構成することが可能となっている。さらに、本実施形態では、発熱部材１０であるＬＥＤモジュール８３と受放熱部材２０を伝熱部材９０で接続することで、ＬＥＤモジュール８３の配置の自由度および筐体８０の形状の自由度を高めるようにしている。これにより、照明装置２の効率的な設計が可能になると共に、照明装置２のデザイン性を高めることも可能となっている。

【0078】

照明装置２はまた、街灯として使用されるものであるため、筐体８０の上部８０ｂに配置された上部レンズ８４の奥に配置された照度センサ（光センサ）８５と、既知の構造の点灯制御装置８６を備え、照度センサ８５の検出した光量（明るさ）に応じて点灯制御装置８６がＬＥＤモジュール８３の点灯および消灯を制御するように構成されている。すなわち、照明装置２は、日の入りと共に周囲が暗くなった場合に自動的に点灯し、日の出と共に周囲が明るくなった場合に自動的に消灯するように構成されている。

【0079】

点灯制御装置８６は、日の入りだけでなく、積雪によって照度センサ８５の受ける外光が遮られた場合にもＬＥＤモジュール８３を点灯させる。すると、ＬＥＤモジュール８３の発する熱により、筐体８０の上部８０ｂにおいて自動的に融雪が行われることとなる。そして、融雪の結果、照度センサ８５が外光を受けるようになったならば、点灯制御装置８６はＬＥＤモジュール８３を消灯させ、これにより融雪は停止される。すなわち、照明装置２では、照度センサ８５および点灯制御装置８６が、図７に示した例の積雪検出センサ６０および発熱制御装置６２としても機能するようになっている。従って、照明装置２は、特別な装置を設けることなく、融雪の開始および停止を自動的に行うことが可能であり、安価且つ簡素な構成でありながらも、消費電力の少ない効率的な融雪を行うことが可能となっている。

【0080】

なお、伝熱部材９０の材質は、特に限定されるものではないが、例えばアルミや銅等の熱伝導率の高い金属または合金であることが好ましい。また、膨張黒鉛シートをコイル状または筒状に巻き回したものから伝熱部材９０を構成するようにしてもよい。また、専用の発熱部材１０を備える面状発熱装置１を別途設け、例えばＬＥＤモジュール８３から離れた部位における融雪を可能とするようにしてもよい。また、照明装置２の備える光源はＬＥＤモジュール８３以外のものであってもよく、また、光源の配置構成が特に限定されないことはいうまでもない。

【0081】

以上説明したように、本実施形態に係る面状発熱装置１は、受熱面２０ａおよび放熱面２０ｂを有する略平板状の受放熱部材２０と、受放熱部材２０の受熱面２０ａ側に配置され、通電により熱を発する発熱部材１０と、受放熱部材２０と発熱部材１０の間を電気的に絶縁する絶縁部材３０と、を備え、受放熱部材２０は、膨張黒鉛を含む膨張黒鉛層２１を受熱面２０ａと放熱面２０ｂの間に有している。

【0082】

このような構成とすることで、面状の発熱をより簡便且つ安価に行うことが可能となる。すなわち、発熱部材１０の発した熱を適宜に拡散し、放熱面２０ｂから略均一な状態で放熱することが可能となるため、簡素且つ安価な構成でありながらも、効率的な面状の発熱を実現することができる。また、通電が発熱部材１０のみに限定されるため、消費電力を低減すると共に、局所的な過熱等の発生を防止して安全性を高めることができる。

【0083】

また、面状発熱装置１は、受放熱部材２０の少なくとも放熱面２０ｂを覆う保護部材４０を備えている。このようにすることで、比較的脆い材料である膨張黒鉛を含む受放熱部材２０を適切に保護することが可能となるため、面状発熱装置１の耐久性および汎用性を高めることができる。

【0084】

また、保護部材４０は、袋状に構成され、受放熱部材２０、発熱部材１０および絶縁部材３０は、負圧状態とした保護部材４０内に収容されている。このようにすることで、保護部材４０を受放熱部材２０等に適宜に密着させて、これらを適切に保護すると共に、保護部材４０破損を防止することができる。

【0085】

また、保護部材４０は、屋根材、床材または壁材であってもよい。このようにすることで、受放熱部材２０を適切に保護しつつ、面状発熱装置１を屋根材、床材または壁材と同様に取り扱うことが可能となるため、面状発熱装置１の利用および設置を効率化することができる。

【0086】

また、発熱部材１０は、受熱面２０ａに沿って配置される電熱線から構成されている。このようにすることで、受放熱部材２０の大きさに応じて適宜に電熱線の材質、寸法および配置を調整することが可能となるため、消費電力を低減することができる。

【0087】

また、面状発熱装置１は、平面的に配置した発熱部材１０を支持する支持部材５１を有し、受放熱部材２０の受熱面２０ａ側に配置される発熱モジュール５０を備えるものであってもよい。このようにすることで、発熱部材１０の配置を容易にすることができるため、製造コストを削減することができる。

【0088】

また、発熱部材１０は、絶縁部材３０と共に受放熱部材２０に圧着されるものであってもよい。このようにすることで、発熱部材１０および絶縁部材３０の受放熱部材２０への固定をより確実にすると共に、より効率的に発熱部材１０から受放熱部材２０へ熱を伝達させることができる。

【0089】

また、受放熱部材２０は、膨張黒鉛層２１に隣接する金属層２２を有するものであってもよい。このようにすることで、破損しやすい受放熱部材２０を適宜に補強することが可能となるため、面状発熱装置１の耐久性および汎用性を高めることができる。また、この場合、金属層２２は、２つの膨張黒鉛層２１の間に設けられることが好ましい。このようにすることで、効率的な熱の伝達と、受放熱部材２０の適切な補強を両立させることができる。

【0090】

また、面状発熱装置１は、他の領域よりも放熱量を増加させた高放熱領域７０を備えるものであってもよい。このようにすることで、例えば融雪装置において軒先側の発熱量を増やしてつららの発生を防止する等、各種装置の用途や特性、使用条件等に合わせた発熱態様を容易に実現することができる。

【0091】

また、面状発熱装置１は、融雪装置として使用される、または融雪装置の一部として使用されるのに特に好適である。融雪装置に面状発熱装置１を備えることで、簡素且つ安価な構成でありながらも、効率的な面状の発熱が得られるため、融雪を効率的に行うことができる。

【0092】

また、面状発熱装置１を備える融雪装置は、積雪を検出する積雪検出センサ６０と、積雪検出センサ６０が積雪を検出したことに基づいて発熱部材１０に通電する発熱制御装置６２と、を備えるものであってもよい。このようにすることで、発熱部材１０への通電を融雪が必要な場合だけに限定することが可能となるため、面状発熱装置１の消費電力をより一層低減することが可能となる。

【0093】

また、本実施形態に係る照明装置２は、面状発熱装置１を備え、受放熱部材２０は、筐体８０の内側に配置されている。このような構成とすることで、簡素且つ安価な構成でありながらも、照明装置２上の積雪を効率的に融雪することが可能となるため、豪雪地帯においても安全に使用することが可能な街灯を実現することができる。

【0094】

また、照明装置２の発熱部材１０は、通電により光を発する光源（ＬＥＤモジュール８３）となっている。このようにすることで、光源の発する熱を有効活用し、少ない消費電力で効率的な融雪を行うことができる。

【0095】

また、照明装置２の備える面状発熱装置１は、光源の発する熱を放出する放熱装置として兼用されている。このようにすることで、効率的な融雪を可能としながらも、照明装置２を安価且つコンパクトに構成することができる。

【0096】

また、照明装置２の備える面状発熱装置１は、発熱部材１０の発した熱を受放熱部材２０に伝える伝熱部材９０を備えている。このようにすることで、発熱部材１０である光源の配置および筐体８０の形状の自由度を高め、照明装置２の効率的な設計が可能となるため、照明装置２の機能やデザイン性を高めることができる。

【0097】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の面状発熱装置、融雪装置および照明装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、発熱部材１０、受放熱部材２０、絶縁部材３０、保護部材４０および伝熱部材９０等の各部の形状は、上記実施形態において示した形状に限定されるものではなく、各種条件に応じてその他の任意の形状を採用することができる。また、発熱部材１０、金属層２２、絶縁部材３０、保護部材４０および伝熱部材９０等の材質は、上記実施形態において示したものに限定されず、その他の適宜の材質を採用することができる。

【0098】

また、上記実施形態において示した作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本発明による作用および効果は、これらに限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0099】

本発明に係る面状発熱装置は、面状の発熱を利用する様々な分野において利用することができる。また、本発明に係る融雪装置は、住宅や各種建造物以外にも、各種構造物や各種設備等における融雪の分野において利用することができる。また、本発明に係る照明装置は、屋外における様々な照明の分野において利用することができる。

【符号の説明】

【0100】

１ 面状発熱装置
１０ 発熱部材
２０受放熱部材
２０ａ 受熱面
２０ｂ 放熱面
２１ 膨張黒鉛層
３０ 絶縁部材
４０ 保護部材
５０ 発熱モジュール
５１ 支持部材
６０ 積雪検出センサ
６２ 制御装置
７０ 高放熱領域
８０ 筐体
８３ ＬＥＤモジュール
９０ 伝熱部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】