JP7492706B2

JP7492706B2 - Snow melting equipment

Info

Publication number: JP7492706B2
Application number: JP2020095624A
Authority: JP
Inventors: 隆史西原; 剛大橋; 浩輝中野; 和也相原; 義幸余根田; 繁宮谷
Original assignee: Uni Root Co., Ltd.; Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Uni Root Co., Ltd.; Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2024-05-30
Anticipated expiration: 2040-06-01
Also published as: JP2021188399A

Description

本発明は、赤外線を照射して融雪を行うための融雪用管状ヒータ及び融雪装置に関する。 The present invention relates to a tubular heater for melting snow and a snow melting device that melts snow by emitting infrared rays.

主に寒冷な地域では、冬季に路面に雪が積もったり、霜が発生したり、また水分が凍結して氷が発生したりすると、交通に障害が生じるおそれがあるため、その対策として、従来、凍結防止剤や融雪剤の散布、除雪車による除雪作業、またヒータ管を用いた融雪装置による融雪処理が行われている。 In cold regions, snow accumulating on road surfaces in winter, frost forming, and ice forming from frozen water can cause traffic disruptions, so traditional measures to combat this include spreading antifreeze and snow-melting agents, removing snow with snowplows, and melting snow with snow-melting devices that use heater pipes.

融雪装置は、ヒータ管内の発熱体（フィラメント）から路面に向けて赤外線を放射して路面に降雪した雪を融解するものである（例えば特許文献１）。また、融雪装置は、トンネルの出入り口や坑口の側壁にも設置されており、坑口に吹き込んだ雪や車両の走行によって持ち込まれた雪を融解する（例えば特許文献２）。 Snow melting devices emit infrared rays from a heating element (filament) inside a heater tube toward the road surface to melt snow that has fallen on the road surface (for example, see Patent Document 1). Snow melting devices are also installed on the side walls of tunnel entrances and portals to melt snow that has been blown into the portals or brought in by passing vehicles (for example, see Patent Document 2).

融雪装置は、路側帯の所定高さ、またトンネル内側壁の所定高さに設置される。そのため、路面までは距離があり、路面上の雪を効果的に融解するためには、数ＫＷ（キロワット）の放射量の赤外線を放射するヒータが要求される。かかる要請に応えるヒータとして、昨今、融雪効率の高い赤外線を発生する管状のハロゲンヒータが採用されている。ハロゲンヒータは、透明石英ガラスからなる長尺の密封管を有し、密封管の内部には、中心軸に沿ったニッケル・クロム線などのフィラメントが張設され、かつ不活性ガスが封入されたものである。また今日、ハロゲンヒータよりも発熱効率が良好なカーボン（炭素繊維など）を密封管に封入して赤外線を放射するヒータを用いた融雪装置も用いられている。 Snow melting devices are installed at a specified height on the side of the road and at a specified height on the inner wall of a tunnel. Therefore, there is a distance from the road surface, and in order to effectively melt the snow on the road surface, a heater that emits infrared rays with a radiation amount of several KW (kilowatts) is required. To meet this demand, tubular halogen heaters that generate infrared rays with high snow melting efficiency have been adopted recently. Halogen heaters have a long sealed tube made of transparent quartz glass, inside which a filament such as nickel-chromium wire is stretched along the central axis and inert gas is sealed. In addition, snow melting devices that use heaters that emit infrared rays by sealing carbon (carbon fiber, etc.), which has better heat generation efficiency than halogen heaters, in a sealed tube, are also used today.

特開２０１２－１６２９０７号公報JP 2012-162907 A 特開２０１８－２５０３１号公報JP 2018-25031 A

ヒータ管から赤外線を路面に照射して融雪を行う融雪装置は、所望の放射量が要求される一方、寒冷環境下で、かつ車両走行に伴う振動や突風の影響を受けるため、使用環境は厳しい。従来、ある期間に亘って使用した融雪装置のうち、例えば主にトンネルに設置された融雪装置の一部について、ヒータ管の表面が白く変色した現象が見られ、さらにはひび割れの発生が認められ、最終的には発熱体（フィラメント）が断線、すなわち破損したりする現象が生じている。本発明者は、誠意原因を追求した結果、前記現象の発生原因及びそれに伴う破損のメカニズムを突き止め、かかる不良の発生を防止するための対策構造を案出した。 Snow melting devices that melt snow by irradiating the road surface with infrared rays from a heater tube require a desired radiation amount, but they are used in harsh environments because they are subject to cold weather and vibrations and wind gusts caused by vehicle traffic. In the past, some snow melting devices that had been used for a certain period of time, such as those installed mainly in tunnels, showed a phenomenon in which the surface of the heater tube turned white, and furthermore, cracks were observed, and ultimately the heating element (filament) was broken, i.e., damaged. The inventors sincerely pursued the cause of this problem and identified the cause of the phenomenon and the mechanism of the damage that accompanies it, and devised a countermeasure structure to prevent such defects from occurring.

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、ヒータ管の長寿命化を図って長期の安定使用を可能にする融雪用管状ヒータ及び融雪装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide a tubular heater for snow melting and a snow melting device that extends the life of the heater tube and enables stable use over a long period of time.

本発明に至る契機として、発明者は従来のヒータ管の不良発生原因の解明を試みた。まず、不良が生じたヒータ管の外表面を分析し、白濁及びヒータ管の破損（割れ）を確認した。また、ヒータ管の破損は白濁部で発生していることが判明した。さらに、破損したヒータ管については発熱体（フィラメント）の断線が確認された。次いで、ヒータ管表面の白濁部について、EPMA（ElectronProbe Micro Analyzer（日本電子社製、成分分析装置）で成分分析を行った結果、Na、Cl、K、Caの元素成分が異物として検出された。これらは、融雪剤や凍結防止剤（融雪剤や凍結防止剤としては、主に塩化カルシウム（CaCl₂）、塩化ナトリウム（NaCl）、塩化カリウム（KCl）、酢酸カルシウム（C₄H₆CaO₄）、酢酸カリウム（CH₃COOK）がある。）であり、これらが積雪時に路面に散布されて、さらに走行車両によって巻き上げられて、ヒータ管のガラス表面に長期に亘って蓄積的に付着した可能性がある。さらに、白濁を生じた部位のガラス管断面の観察をレーザ顕微鏡で行った結果、表面の他、肉厚内部まで結晶化が進行していることが確認された。また、脆くなった部分は消失しており、ガラス管の肉厚が薄くなっていることも確認した。 As a trigger for arriving at the present invention, the inventor attempted to clarify the cause of failures in conventional heater tubes. First, the outer surface of a defective heater tube was analyzed, and clouding and damage (cracks) of the heater tube were confirmed. It was also found that the damage of the heater tube occurred in the cloudy part. Furthermore, it was confirmed that the heating element (filament) of the damaged heater tube was broken. Next, a component analysis was performed on the opaque area on the heater tube surface using an EPMA (Electron Probe Micro Analyzer, a component analysis device manufactured by JEOL Ltd.), and the elemental components Na, Cl, K, and Ca were detected as foreign matter. These are snow-melting agents and anti-freezing agents (the main snow-melting agents and anti-freezing agents are calcium chloride ( _CaCl2 ), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), _calcium _acetate ( _C4H6CaO4 ), and potassium acetate ( _CH3COOK )). It is possible that these were scattered on the road surface when snow accumulated and then picked up by passing vehicles, resulting in cumulative adhesion to the glass surface of the heater tube over a long period of time. Furthermore, a cross section of the glass tube in the opaque area was observed using a laser microscope, and it was confirmed that crystallization had progressed not only to the surface but also to the inside of the wall. It was also confirmed that the brittle areas had disappeared and the wall thickness of the glass tube had thinned.

一方、ガラス管の主成分は石英（二酸化ケイ素：SiO₂）であることから、このガラス管と、付着した融雪剤や凍結防止剤のアルカリ金属（Na）及びアルカリ土類（Ca）とが反応する温度域を確認する実験を行った。ヒータ管の点灯状態における現行仕様ではガラス管表面温度は約７７０℃と高温であり、その結果、この温度では付着物との間で化学反応を促進することを確認した。 On the other hand, because the main component of the glass tube is quartz (silicon dioxide: _SiO2 ), an experiment was conducted to confirm the temperature range in which this glass tube reacts with the alkali metal (Na) and alkaline earth (Ca) in the attached snow-melting agent and antifreeze agent. With the current specifications, the surface temperature of the glass tube is high at about 770°C when the heater tube is turned on, and it was confirmed that this temperature promotes chemical reactions with the attached substances.

図６は、異物とガラス管との反応温度の実験結果（ガラス表面状態）を示す図である。実験は、石英ガラスに３種類の異物（薬剤）を付着させ、電気炉を用いて５段階の各温度条件で加熱（時間：２０ｈ）したもので、図６は、加熱後に放置した状態のガラス管の表面状態をそれぞれ撮像したものである。図６において、塩化カルシウム（CaCl₂）では、５００℃で部分的に白く変色し、６００℃を超えると全体的に白く変色していることが認められた。塩化ナトリウム（NaCl）及び塩化カリウム（KCl）では、７００℃を超えると表面にひび割れが生じることが認められた。さらに、別途、ガラス管のごく一部を人工的にリークさせて大気を流入するようにした状態で点灯させると、数分でフィラメントが破損することを確認した。 FIG. 6 shows the experimental results (glass surface state) of the reaction temperature between foreign matter and glass tube. In the experiment, three types of foreign matter (chemicals) were attached to quartz glass and heated (time: 20 h) at five different temperature conditions using an electric furnace. FIG. 6 shows images of the surface state of the glass tube left after heating. In FIG. 6, it was observed that calcium chloride (CaCl ₂ ) partially turned white at 500° C. and turned white overall when it exceeded 600° C. It was observed that sodium chloride (NaCl) and potassium chloride (KCl) cracked the surface when it exceeded 700° C. Furthermore, it was confirmed that the filament broke in a few minutes when it was lit in a state where a small part of the glass tube was artificially leaked to allow air to flow in.

以上の結果から、発明者は、ヒータ管の外表面への異物の付着を防止すると共にガラス管の表面温度を結晶化反応温度以下に低減する構成を案出した。すなわち、本発明に係る融雪用管状ヒータは、筒状の両端で密封され、内部にカーボン発熱体が張設された所定の外径を有するガラス製のヒータ管と、前記ヒータ管の両端部を内嵌して一体的に支持する第１嵌合部を有する両側のキャップとを備えた融雪用管状ヒータにおいて、内径が前記ヒータ管の外径より大きなガラス筒状体を備えるものとした。前記キャップは、前記第１嵌合部の外周に同心で形成された第２嵌合部を有しており、第２嵌合部に前記ガラス筒状体を嵌合して支持するものである。 Based on the above results, the inventor has devised a configuration that prevents adhesion of foreign matter to the outer surface of the heater tube and reduces the surface temperature of the glass tube below the crystallization reaction temperature. That is, the snow-melting tubular heater of the present invention is a tubular heater for snow-melting that includes a glass heater tube with a predetermined outer diameter that is sealed at both cylindrical ends and has a carbon heating element stretched inside, and caps on both sides that have first fitting parts that fit both ends of the heater tube and support them as a unit, and includes a glass cylindrical body whose inner diameter is larger than the outer diameter of the heater tube. The cap has a second fitting part formed concentrically on the outer periphery of the first fitting part, and the glass cylindrical body is fitted into and supported by the second fitting part.

本発明によれば、ヒータ管の外側にガラス筒状体を配置して、外界と接する構造としたので、ヒータ管表面への外界からの異物の付着が防止される。また、ガラス筒状体の横断面を大サイズにして、その内面とヒータ管の外面との間に隙間空間を介在させることで、外側のガラス筒状体の表面温度が、付着した異物による結晶化反応温度以下に低減される。また、ガラス筒状体をヒータ管と別個にキャップに嵌合して組み付けて支持させるようにして、点灯時の膨張によってもヒータ管に応力が掛かることのないようにした。従って、ヒータ管の長寿命化が図れて長期の安定使用を可能にする融雪用管状ヒータが提供できる。 According to the present invention, a glass cylinder is placed on the outside of the heater tube, and is structured to be in contact with the outside world, preventing adhesion of foreign matter from the outside world to the surface of the heater tube. In addition, by making the cross section of the glass cylinder large and providing a gap space between its inner surface and the outer surface of the heater tube, the surface temperature of the outer glass cylinder is reduced to below the crystallization reaction temperature caused by the attached foreign matter. In addition, the glass cylinder is fitted to a cap separately from the heater tube, assembled and supported, so that the heater tube is not subjected to stress even when it expands when lit. Therefore, a tubular heater for snow melting can be provided that extends the life of the heater tube and enables long-term stable use.

また、前記ヒータ管と前記キャップとは、一体的に固定されているものである。この構成によれば、治具等を介して固定する場合に比して構造簡易となる。 The heater tube and the cap are fixed together. This configuration simplifies the structure compared to fixing them via a jig or the like.

また、前記ヒータ管及び前記ガラス筒状体は、透明石英ガラス製である。この構成によれば、同一材料を採用することで、放射光の吸収が少なく、照射強度を低下させずに外部へ放出できる。また、同材料で熱膨張係数が略同一のため、ヒータ管とガラス筒状体への熱ストレスによる応力を低減できる。 The heater tube and the glass cylindrical body are made of transparent quartz glass. With this configuration, by using the same material, the radiation is absorbed less and can be emitted to the outside without reducing the radiation intensity. In addition, because the thermal expansion coefficient of the same material is approximately the same, the stress due to thermal stress on the heater tube and the glass cylindrical body can be reduced.

また、前記ヒータ管と前記ガラス筒状体との隙間は、前記カーボン発熱体の発熱時に、前記ガラス筒状体の外面の温度が５５０℃以下となる寸法に設定されていることを特徴とする。この構成によれば、ガラス筒状体の外面に異物が付着しても結晶化反応をほとんど生じないので、長寿命化が図れる。 The gap between the heater tube and the glass cylinder is set to a dimension such that the temperature of the outer surface of the glass cylinder is 550°C or less when the carbon heating element is generating heat. With this configuration, even if foreign matter adheres to the outer surface of the glass cylinder, there is almost no crystallization reaction, which results in a longer life.

また、前記ヒータ管と前記ガラス筒状体とは、１mm以上の隙間空間を有するものである。この構成によれば、ガラス筒状体の外面が異物と化学反応を生じないので、結晶化が阻止されて長寿命化が図れる。 In addition, there is a gap of 1 mm or more between the heater tube and the glass cylinder. With this configuration, the outer surface of the glass cylinder does not chemically react with foreign matter, preventing crystallization and extending the life of the glass cylinder.

また、前記ヒータ管及び前記ガラス筒状体は、円筒である。この構成によれば、円周方向全域への赤外線の放射強度を均一化することが可能となる。 The heater tube and the glass cylindrical body are cylindrical. This configuration makes it possible to uniformize the radiation intensity of infrared rays over the entire circumferential direction.

また、前記カーボン発熱体は、長尺方向に棒状で、かつ所定長さの螺旋部を少なくとも一対有する。この構成によれば、加熱が必要な箇所を集中して照射できるため、効率良く被照射物を加熱することができる。 The carbon heating element is rod-shaped in the longitudinal direction and has at least one pair of spiral parts of a predetermined length. With this configuration, irradiation can be concentrated on the areas that require heating, so the irradiated object can be heated efficiently.

また、本発明に係る融雪装置は、前記記載の融雪用管状ヒータと、前記融雪用管状ヒータの長尺方向寸法に対応し、横断面視で略放物線形状をなして開口する反射板を有する筐体とを備え、前記融雪用管状ヒータを前記反射板の焦点の位置に設置したものである。本発明によれば、長期の安定使用を可能にする融雪装置を提供することが可能となる。 The snow melting device according to the present invention comprises the above-described snow melting tubular heater, and a housing having a reflector that corresponds to the longitudinal dimension of the snow melting tubular heater and opens in a substantially parabolic shape in cross section, with the snow melting tubular heater installed at the focal point of the reflector. According to the present invention, it is possible to provide a snow melting device that allows for long-term stable use.

本発明によれば、ヒータ管の長寿命化を図って長期の安定使用を可能にする融雪用管状ヒータ及び融雪装置が提供できる。 The present invention provides a tubular heater for melting snow and a snow melting device that extends the life of the heater tube and enables stable use over a long period of time.

本発明に係る融雪装置がトンネル内坑口の路側帯に設置された適用例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of an application of a snow melting device according to the present invention, which is installed in a roadside strip at a tunnel entrance. 本発明に係る融雪装置の一実施形態を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。1A and 1B are diagrams showing an embodiment of a snow melting device according to the present invention, in which (A) is a perspective view and (B) is a vertical sectional view. 融雪用管状ヒータの概略構造を示す図で、（Ａ）は本願発明に係る融雪用管状ヒータの縦断面図、（Ｂ）は従来の融雪用管状ヒータの縦断面図である。1A is a longitudinal sectional view of a tubular heater for melting snow according to the present invention, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view of a conventional tubular heater for melting snow, showing a schematic structure of the tubular heater for melting snow; キャップの詳細構造図で、（Ａ）はキャップの側面縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の左側面図に対応する図であり、（Ｃ）は融雪用管状ヒータが内装された状態の側面縦断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ－Ｄ線矢視図に対応する図である。This is a detailed structural diagram of the cap, where (A) is a side longitudinal cross-sectional view of the cap, (B) is a figure corresponding to the left side view of (A), (C) is a side longitudinal cross-sectional view of the cap with a snow-melting tubular heater installed, and (D) is a figure corresponding to the arrow view of line D-D of (C). 本願発明に係る融雪用管状ヒータと従来の融雪用管状ヒータとの波長に対する放射強度の特性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the characteristics of radiation intensity versus wavelength for a tubular snow-melting heater according to the present invention and a conventional tubular snow-melting heater. 従来の融雪用管状ヒータで行った不良発生実験で生じた現象を説明する結果図である。10A and 10B are diagrams illustrating the results of a failure occurrence experiment performed on a conventional snow melting tubular heater.

図１は、本発明に係る融雪装置１がトンネルの坑口の路側帯に設置された適用例を示す図である。道路１００は車両走行路面であり、走行方向の一部にトンネル１０１が建設されている。トンネル１０１内の左右の走行車線の両端側には路側帯１０２が設けられている。 Figure 1 shows an example of an application of a snow melting device 1 according to the present invention, installed on a roadside strip at the entrance to a tunnel. A road 100 is a road surface on which vehicles travel, and a tunnel 101 is constructed along part of the road in the direction of travel. Roadside strips 102 are provided on both ends of the left and right travel lanes within the tunnel 101.

融雪装置１は、トンネル１０１の坑口辺りであって、車両進行方向の路側帯１０２に沿って所要台数が配置されている。融雪装置１は、ここでは支柱１１の上部に支持され、後述するように所要の高さ位置から赤外線を路面の放射エリア１ａに向けて放射するもので、放射された赤外線によって、吹き込みによって堆積した雪、また走行車両によって持ち込まれた雪を融解する。なお、図中では見えていないが、対向車線側（図１の右側の車線）にも同様に進入側の坑口辺りの路肩帯に所要台数の融雪装置１が配置されている。また、融雪装置１の配置位置は、路側帯１０２の他、トンネル１０１の側壁であってもよい。 The required number of snow melting devices 1 are placed near the entrance of the tunnel 101, along the shoulder strip 102 in the direction of vehicle travel. Here, the snow melting devices 1 are supported on the top of the supports 11, and emit infrared rays from a required height position toward the radiation area 1a of the road surface, as described below. The emitted infrared rays melt snow that has accumulated due to blowing in and snow brought in by traveling vehicles. Although not visible in the figure, a required number of snow melting devices 1 are also placed on the shoulder strip near the entrance on the approach side of the oncoming lane (the lane on the right side of Figure 1). The snow melting devices 1 may be placed on the side wall of the tunnel 101, in addition to the shoulder strip 102.

図２は、本発明に係る融雪装置１の一実施形態を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。融雪装置１は、長尺の筐体２を備えている。筐体２は、横断面が略台形状を有し、内部には、長尺の融雪用管状ヒータ３を平行に内装する構造を有すると共に、一方面（図２（Ｂ）では下方）に開口２１が形成されている。融雪用管状ヒータ３は、電力供給を受けて赤外線を開口２１から外方へ放射する。 Figure 2 shows one embodiment of the snow melting device 1 according to the present invention, (A) being a perspective view and (B) being a longitudinal cross-sectional view. The snow melting device 1 is equipped with a long housing 2. The housing 2 has a generally trapezoidal cross section, and has a structure in which a long snow melting tubular heater 3 is installed inside in parallel, and an opening 21 is formed on one side (the lower side in Figure 2 (B)). The snow melting tubular heater 3 receives a supply of power and radiates infrared rays outward from the opening 21.

筐体２の内部には、曲げ加工などによって、横断面が例えば放物線状に形成された内面を有する板状の反射板４が長手方向に沿って取り付けられている。反射板４は、筐体２の開口２１と対向する側（図２（Ｂ）の上側）から、開口２１に向けて末広がり（ホーン）状に延びて、開口２１を形成している。 A plate-shaped reflector 4, whose inner surface has a cross section formed, for example, into a parabola by bending, is attached along the longitudinal direction inside the housing 2. The reflector 4 extends in a horn-like shape from the side facing the opening 21 of the housing 2 (the upper side in FIG. 2(B)) toward the opening 21, forming the opening 21.

また、筐体２の内側の長手方向の両端部には、開口２１側に近いほど広角となる傾斜面を有する側面反射板５，６が設置されている。また、融雪装置１は、融雪用管状ヒータ３の略中央部に、縦断面がＶ字型（図２（Ｂ）参照）で筐体２の開口２１側に先窄まり形状の対向傾斜面を有する仕切り反射板７を備えている。融雪用管状ヒータ３は、側面反射板５、仕切り反射板７及び側面反射板６に穿設されている図略の孔を貫通されて筐体２に内装されることで筐体２に支持される。融雪用管状ヒータ３は、前記図略の孔を貫通して、反射板４の放物線の焦点の位置に沿って設置されている。また、融雪装置１には、筐体２の開口２１に格子状の防護網８が張られている。なお、筐体２の裏面側（図２（Ｂ）の上側）には、融雪用管状ヒータ３の固定用治具などが必要に応じて取り付けられている。また、反射板４は、放物線形状の他、ホーン形状、円や楕円の一部の形状を略放物線形状として採用してもよい。 In addition, side reflectors 5 and 6 are installed at both ends of the inner longitudinal direction of the housing 2, which have inclined surfaces with a wider angle as they approach the opening 21 side. In addition, the snow melting device 1 is equipped with a partition reflector 7, which has a V-shaped vertical section (see FIG. 2B) and an opposing inclined surface with a tapered shape toward the opening 21 side of the housing 2, approximately in the center of the snow melting tubular heater 3. The snow melting tubular heater 3 is supported by the housing 2 by being inserted into the housing 2 through holes (not shown) drilled in the side reflectors 5, partition reflectors 7, and side reflectors 6. The snow melting tubular heater 3 is installed along the focus of the parabola of the reflector 4, penetrating the holes (not shown). In addition, a lattice-shaped protective net 8 is stretched over the opening 21 of the housing 2 in the snow melting device 1. In addition, a fixing jig for the snow melting tubular heater 3 is attached to the back side of the housing 2 (upper side of FIG. 2B) as necessary. In addition to the parabolic shape, the reflector 4 may also be horn-shaped or have a shape that is a part of a circle or an ellipse, which is an approximately parabolic shape.

図３は、融雪用管状ヒータの構造を示す図で、（Ａ）は本願発明に係る融雪用管状ヒータの縦断面図、（Ｂ）は従来の融雪用管状ヒータの縦断面図である。 Figure 3 shows the structure of a snow-melting tubular heater, where (A) is a vertical cross-sectional view of the snow-melting tubular heater according to the present invention, and (B) is a vertical cross-sectional view of a conventional snow-melting tubular heater.

図３（Ｂ）に示すように、従来の融雪用管状ヒータ３０は、透明石英からなる直径Φ１３mmの密封されたヒータ管３１と、ヒータ管３１の両端を支持するΦ２３mmの口金（キャップ）１３５と、外部電源との接続用のリード線部３６とを備えている。なお、キャップ１３５の端部側は、筐体２側の側面反射板５，６との取付部位として機能し、Φ２１．５mmに設定されている。 As shown in FIG. 3B, a conventional snow melting tubular heater 30 includes a sealed heater tube 31 made of transparent quartz with a diameter of Φ13 mm, a cap 135 with a diameter of Φ23 mm that supports both ends of the heater tube 31, and a lead wire section 36 for connection to an external power source. The end side of the cap 135 functions as an attachment site for the side reflectors 5 and 6 on the housing 2 side, and is set to Φ21.5 mm.

ヒータ管３１の内部には、線状（棒状）に形成された例えばカーボン（炭素繊維）を材料とする螺旋部３２ｂを有する発熱体３２が長手方向に張設されている。また、ヒータ管３１の内部は、低圧で所要量の不活性ガスが封入されている。螺旋部３２ｂは、電力供給を受けて発熱し、赤外線を放射する。発熱体３２は、本実施形態では、左右両側に螺旋部３２ｂが少なくとも一対形成されており、螺旋部３２ｂは、非発光の接続用ウエルズ（非発光接続部３２ａ）で接続される。螺旋部３２ｂは非発光接続部の３２ａで分割され、加熱が必要な箇所を集中して照射できるため、非発光接続部３２aを設けない場合に比して効率良く被照射物の加熱が可能となる。発熱体３２の両端部には、リード線部３６との接続用としてのウエルズ部３２ｃが形成されている。 Inside the heater tube 31, a heating element 32 having a helical portion 32b made of, for example, carbon (carbon fiber) formed in a linear (rod) shape is stretched in the longitudinal direction. A required amount of inert gas is sealed inside the heater tube 31 at low pressure. The helical portion 32b generates heat when power is supplied and emits infrared rays. In this embodiment, the heating element 32 has at least a pair of helical portions 32b formed on both the left and right sides, and the helical portions 32b are connected by non-light-emitting connection wells (non-light-emitting connection portions 32a). The helical portion 32b is divided by the non-light-emitting connection portions 32a, and irradiation can be concentrated on the areas that require heating, making it possible to heat the irradiated object more efficiently than when the non-light-emitting connection portions 32a are not provided. Well portions 32c are formed at both ends of the heating element 32 for connection to the lead wire portions 36.

発熱体３２及びその螺旋部３２ｂからヒータ管３１の全方向に向けて放射された赤外線は、筐体２の開口２１方向に直接向かう成分と、反射板４で反射して開口２１方向に向かう成分との合計からなり、効率的に開口２１から外方に放射される。反射板４の曲率乃至は開口サイズを予め設計することで、放射される赤外線の指向幅が適宜設定され、また供給電力も含めて到達距離が設定される。例えば、図１に示す放射エリア１ａに所要量の放射エネルギーが照射され、好適な融雪が実現される。 The infrared rays emitted from the heating element 32 and its spiral portion 32b in all directions from the heater tube 31 are composed of a component that heads directly toward the opening 21 of the housing 2 and a component that is reflected by the reflector 4 and heads toward the opening 21, and are efficiently radiated outward from the opening 21. By designing the curvature of the reflector 4 or the opening size in advance, the directional width of the radiated infrared rays can be appropriately set, and the reach distance, including the power supply, can be set. For example, the required amount of radiant energy is irradiated to the radiation area 1a shown in Figure 1, achieving optimal snow melting.

次に、図３（Ａ）に示す本実施形態に係る融雪用管状ヒータ３は、従来の融雪用管状ヒータ３０のヒータ管３１の径方向の外側に所要の隙間を置いてガラス筒状体３７を配置したものである。本実施形態では、ガラス筒状体３７は、材質がヒータ管３１と同様の石英であり、両端が開口しており、外径がΦ２１．５mmで、肉厚が１．５mmである。従って、本実施形態では、ヒータ管３１の外面とガラス筒状体３７の内面とは、２．７５mmの隙間を有する。 Next, the snow melting tubular heater 3 according to this embodiment shown in FIG. 3(A) is a conventional snow melting tubular heater 30 in which a glass cylindrical body 37 is placed radially outside the heater tube 31 with a required gap. In this embodiment, the glass cylindrical body 37 is made of quartz, the same material as the heater tube 31, is open at both ends, has an outer diameter of Φ21.5 mm, and is 1.5 mm thick. Therefore, in this embodiment, there is a gap of 2.75 mm between the outer surface of the heater tube 31 and the inner surface of the glass cylindrical body 37.

キャップ３５は、両端側の、筐体２側の側面反射板５，６との取付部位が従来と同一径寸法（Φ２１．５mm）である一方、ヒータ管３１の両端を支持する内側の部位はΦ２５．５mmに設計されている。ヒータ管３１の両端を支持する部位に対して長尺方向の内側の部位をより大径とすることで、図４に示すようにガラス筒状体３７の取り付けを可能にしている。 The cap 35 has the same diameter (Φ21.5 mm) as conventional caps at both ends where it is attached to the side reflectors 5 and 6 on the housing 2 side, but the inner parts that support both ends of the heater tube 31 are designed to be Φ25.5 mm. By making the inner parts in the longitudinal direction larger in diameter than the parts that support both ends of the heater tube 31, it is possible to attach a glass cylindrical body 37 as shown in Figure 4.

図４は、キャップの詳細構造図で、（Ａ）はキャップの側面縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の左側面図に対応する図であり、（Ｃ）は融雪用管状ヒータが内装された状態の側面縦断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ－Ｄ線断面図に対応する図である。キャップ３５は、筒状、ここでは全体として円筒形状のキャップ本体３５０を有する。キャップ本体３５０の外周端部には筐体２側との取付部位となる縮径部３５０１が形成されている。また、キャップ本体３５０は、長手方向の内側から外側（図４（Ａ）の左側から右側）に向けて同心状に大径穴部（第２嵌合部）３５１、中径穴部３５２（第１嵌合部）、及びより小寸法サイズの長方形の配線路部３５３の各内部空間を有する。中径穴部３５２は、横断面視において、内壁の周方向対向位置に径方向に突出した例えば半円状の切欠部３５２１が一対穿設されている。 Figure 4 is a detailed structural diagram of the cap, where (A) is a vertical cross-sectional side view of the cap, (B) is a view corresponding to the left side view of (A), (C) is a vertical cross-sectional side view of the cap with a snow-melting tubular heater installed, and (D) is a view corresponding to the D-D line cross-sectional view of (C). The cap 35 has a cylindrical cap body 350, which is cylindrical in shape as a whole. The outer peripheral end of the cap body 350 is formed with a reduced diameter portion 3501 that serves as an attachment portion to the housing 2 side. The cap body 350 also has internal spaces of a large diameter hole portion (second fitting portion) 351, a medium diameter hole portion 352 (first fitting portion), and a rectangular wiring path portion 353 of a smaller dimension, which are concentrically arranged from the inside to the outside in the longitudinal direction (from the left to the right in Figure 4 (A)). The medium diameter hole portion 352 has a pair of semicircular cutouts 3521, for example, protruding radially at circumferentially opposing positions on the inner wall in a cross-sectional view.

また、本実施形態では、キャップ本体３５０の周方向の対向する外面位置から中径穴部３５２に向けて一対の孔３５４が形成されている。孔３５４は、後述するように接着剤を外から中径穴部３５２に流し込ませるためのものである。孔３５４は切欠部３５２１に対して周方向で直交する位置に形成されている。 In this embodiment, a pair of holes 354 are formed from opposing outer surface positions in the circumferential direction of the cap body 350 toward the medium diameter hole portion 352. The holes 354 are for pouring adhesive into the medium diameter hole portion 352 from the outside, as described below. The holes 354 are formed at positions perpendicular to the cutout portion 3521 in the circumferential direction.

図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すようにキャップ３５は、融雪用管状ヒータ３の端部を遊嵌状態で内装する。本実施形態では、融雪用管状ヒータ３のヒータ管３１は、略全長に亘って円筒部３１１が形成され、一方、両端部に扁平部３１２が形成されている。ヒータ管３１をキャップ本体３５０に内装する場合、円筒部３１１が大径穴部３５１に内嵌され、かつ扁平部３１２が切欠部３５２１を含む中径穴部３５２に内嵌乃至遊嵌されている。 As shown in Figures 4(C) and (D), the cap 35 is fitted loosely to the ends of the snow melting tubular heater 3. In this embodiment, the heater tube 31 of the snow melting tubular heater 3 has a cylindrical section 311 formed over almost the entire length, while flat sections 312 are formed at both ends. When fitting the heater tube 31 into the cap body 350, the cylindrical section 311 is fitted inside the large diameter hole section 351, and the flat section 312 is fitted inside or loosely fitted into the medium diameter hole section 352 including the cutout section 3521.

融雪用管状ヒータ３の扁平部３１２の内部には、発熱体３２の端部のウエルズ部３２ｃとリード線部３６とを連結させる中継用の例えば金属板状の端子部３１３が配置されており、この端子部３１３を経由してリード線部３６側から発熱体３２に発熱用の電力供給が行われる。 Inside the flat portion 312 of the snow melting tubular heater 3, a relay terminal portion 313, for example a metal plate, is arranged to connect the well portion 32c at the end of the heating element 32 to the lead wire portion 36, and power for generating heat is supplied from the lead wire portion 36 to the heating element 32 via this terminal portion 313.

また、ヒータ管３１のキャップ本体３５０への内装時には、併せてガラス筒状体３７のキャップ本体３５０への装着も行われる。ガラス筒状体３７は、大径穴部３５１に内嵌され、中径穴部３５２との段差で端部が当止される長さ寸法に設計されており、これによって内装位置が決められる。ガラス筒状体３７は、内嵌に限定されないが、内嵌の場合、外方からガラス筒状体３７の端部への衝撃をキャップ本体３５０で受け止めることができる。ガラス筒状体３７は、ヒータ管３１とは別体で、かつ個別に支持される。ガラス筒状体３７とヒータ管３１とを接着剤や構造的部材を介して一体的に構成する態様も可能であるが、互いに個別で自由に配設するものでもよい。ヒータ管３１は、発熱体３２のオン、オフでの温度変化により熱膨張・収縮する。従って、ガラス筒状体３７との間をセメント等で一体的に固定した構造の場合、膨張時にヒータ管３１の外面の逃げ場がなくなってヒータ管３１に応力が掛かる結果、破損に繋がる可能性がある。 When the heater tube 31 is fitted inside the cap body 350, the glass cylindrical body 37 is also attached to the cap body 350. The glass cylindrical body 37 is fitted inside the large diameter hole 351 and is designed to have a length dimension such that the end of the glass cylindrical body 37 is abutted against the step with the medium diameter hole 352, and the fitting position is determined by this. The glass cylindrical body 37 is not limited to being fitted inside, but in the case of fitting inside, the cap body 350 can absorb impacts on the end of the glass cylindrical body 37 from the outside. The glass cylindrical body 37 is separate from the heater tube 31 and is supported individually. It is also possible to configure the glass cylindrical body 37 and the heater tube 31 integrally via adhesive or structural members, but they may be freely arranged separately from each other. The heater tube 31 thermally expands and contracts due to temperature changes when the heating element 32 is turned on and off. Therefore, if the glass cylindrical body 37 is fixed together with cement or the like, the outer surface of the heater tube 31 will have nowhere to escape when it expands, and stress will be placed on the heater tube 31, which may lead to breakage.

また、図４（Ｃ）、（Ｄ）において、キャップ本体３５０の中径穴部３５２には、孔３５４から、例えば熱硬化性樹脂等の接着剤３８が流入され、加熱処理を経て硬化される。接着剤３８で固化することで、キャップ本体３５０とヒータ管３１とが構造的な結合に比して柔軟に固定される。 In addition, in Figures 4(C) and (D), adhesive 38, such as a thermosetting resin, is poured into the medium-diameter hole 352 of the cap body 350 through hole 354 and hardened through a heat treatment. By solidifying with adhesive 38, the cap body 350 and heater tube 31 are fixed more flexibly than if they were structurally bonded.

図５は、本願発明に係る融雪用管状ヒータと従来の融雪用管状ヒータとの波長に対する放射強度の特性を示す図である。測定に当たり、発熱体３２の「点灯電圧」は定格２００Ｖであり、「測定装置」はＰＷＳＲ－４０００Ｓ（プリード社製）であり、測定装置の「受光器位置」はヒータ管３１の表面から５０cmとした。図５は、横軸に波長（nm）を、縦軸に放射強度を示している。図５に示されているように、従来の融雪用管状ヒータ３０及び本実施形態に係る融雪用管状ヒータ３のいずれも、８００（nm）（＝０．８μm）以上の赤外線を放射しており、１８００～２０００（nm）辺りで高出力となっている。ガラス筒状体３７を保護外管として使用したヒータ３の実施形態においても、赤外線放射の低下はなく、ヒータ３０と同等以上の特性が得られている。 Figure 5 is a diagram showing the radiation intensity versus wavelength characteristics of the snow-melting tubular heater according to the present invention and a conventional snow-melting tubular heater. In the measurement, the "lighting voltage" of the heating element 32 was rated at 200 V, the "measuring device" was a PWSR-4000S (manufactured by Preed), and the "receiver position" of the measuring device was 50 cm from the surface of the heater tube 31. In Figure 5, the horizontal axis shows wavelength (nm) and the vertical axis shows radiation intensity. As shown in Figure 5, both the conventional snow-melting tubular heater 30 and the snow-melting tubular heater 3 according to this embodiment emit infrared rays of 800 (nm) (= 0.8 μm) or more, and have high output at around 1800 to 2000 (nm). Even in the embodiment of the heater 3 using the glass cylindrical body 37 as a protective outer tube, there is no decrease in infrared radiation, and characteristics equal to or better than those of the heater 30 are obtained.

＜実験例＞
従来の融雪用管状ヒータ３０（いわゆる「シングル」管）と本発明に係る融雪用管状ヒータ３（いわゆる「２重」管）との最外面の表面温度についてそれぞれ測定実験を行った。また、本発明に係る融雪用管状ヒータ３として、ヒータ管３１の外径をΦ１３ｍｍ一定として、外側のガラス筒状体３７のサイズ（主に直径）を変更して最外面の表面温度についてそれぞれ測定した。表１は、その結果を示している。 <Experimental Example>
Experiments were carried out to measure the surface temperatures of the outermost surfaces of a conventional snow-melting tubular heater 30 (a so-called "single" tube) and a snow-melting tubular heater 3 according to the present invention (a so-called "double" tube). In addition, for the snow-melting tubular heater 3 according to the present invention, the outer diameter of the heater tube 31 was kept constant at Φ13 mm, and the size (mainly the diameter) of the outer glass cylindrical body 37 was changed to measure the surface temperatures of the outermost surfaces. Table 1 shows the results.

表１において、「シングル」は比較例であり、２重（１）～２重（６）が各実施例である。前記したように５００℃から６００℃の間で、主材料である石英と融雪剤や凍結防止剤とが化学反応を生じることから、ヒータ表面の最大温度も５００℃～６００℃辺りに上限温度があると考えられる。「シングル」では、ヒータ点灯時の発熱条件と同一で、ヒータ管３１の表面の最大温度は７７０℃であり、上限温度の５００℃～６００℃を大きく上回る。 In Table 1, "Single" is a comparative example, and double (1) to double (6) are examples. As mentioned above, between 500°C and 600°C, a chemical reaction occurs between the main material, quartz, and the snow-melting agent and antifreeze agent, so it is thought that the maximum temperature of the heater surface also has an upper limit of around 500°C to 600°C. In "Single," under the same heat generation conditions as when the heater is turned on, the maximum temperature of the surface of the heater tube 31 is 770°C, which is significantly higher than the upper limit of 500°C to 600°C.

一方、２重（１）～２重（６）の各実施例で、ガラス筒状体３７を外管に用いることで、最外周面と螺旋部３２ｂの接触を防止でき、温度低減効果が得られた。使用時間５０００ｈにおいて、最外周面となるガラス筒状体３７の外面の最大温度が６００℃では、融雪剤との反応によるガラス割れはないものの、表面の白濁によりガラスの透過率が低下し、ヒータの加熱効率が低下した。５５０℃以下では融雪剤との反応によるガラスの割れや、ヒータの加熱効率低下はなく、寿命を満足しており、ヒータ管３１とガラス筒状体３７との隙間寸法は１mm以上を確保する必要がある。 On the other hand, in each of the double (1) to double (6) examples, by using the glass cylindrical body 37 as the outer tube, contact between the outermost surface and the spiral portion 32b can be prevented, and a temperature reduction effect can be obtained. At a usage time of 5000 hours, when the maximum temperature of the outer surface of the glass cylindrical body 37, which is the outermost surface, is 600°C, there is no glass cracking due to reaction with the snow-melting agent, but the transmittance of the glass decreases due to the clouding of the surface, and the heating efficiency of the heater decreases. At temperatures below 550°C, there is no glass cracking due to reaction with the snow-melting agent, and no decrease in the heating efficiency of the heater, and the life is satisfied, and the gap dimension between the heater tube 31 and the glass cylindrical body 37 must be 1 mm or more.

なお、ガラス筒状体３７は、断面円形の他、楕円、多角形状でもよい。また、ガラス筒状体３７の厚さは、適宜設計可能である。また、螺旋部３２ｂは２か所の他、少なくとも１か所、あるいは複数個所に設けることが発熱効率上好ましい。また、発熱体としてカーボンを用いることで、放射する光の波長域が融雪に適しており、加熱効率が改善される。なお、カーボンに限らず、赤外線や遠赤外線を放射する材料であれば適宜採用可能であり、また混合材としてもよい。 The glass cylindrical body 37 may have a circular cross section, an ellipse, or a polygonal shape. The thickness of the glass cylindrical body 37 can be designed as appropriate. In terms of heat generation efficiency, it is preferable to provide the spiral portion 32b in at least one location, or in multiple locations, rather than in two locations. By using carbon as the heating element, the wavelength range of the emitted light is suitable for melting snow, improving heating efficiency. Note that any material that emits infrared or far-infrared rays can be used as appropriate, and is not limited to carbon, and may also be used as a mixture.

１融雪装置
２筐体
３融雪用管状ヒータ
３１ヒータ管
３２発熱体
３２ａ非発光部
３２ｂ螺旋部
３２ｃウエルズ部
３５キャップ
３５１大径穴部（第２嵌合部）
３５２中径穴部（第１嵌合部）
３７ガラス筒状体
３８接着剤
４反射板 REFERENCE SIGNS LIST 1 Snow melting device 2 Housing 3 Snow melting tubular heater 31 Heater tube 32 Heating element 32a Non-light emitting portion 32b Spiral portion 32c Well portion 35 Cap 351 Large diameter hole portion (second fitting portion)
352 Medium diameter hole portion (first fitting portion)
37 Glass cylinder 38 Adhesive 4 Reflector

Claims

The present invention includes a tubular heater for melting snow and a housing.
The snow melting tubular heater comprises:
A tubular heater for melting snow has a double-tube structure including a glass heater tube having a predetermined outer diameter, sealed at both cylindrical ends, and equipped with a carbon heating element inside, caps on both sides having first fitting portions each consisting of a hole portion into which both ends of the heater tube are fitted to integrally support the heater tube, and a glass cylindrical body supported by the caps and having an inner diameter larger than the outer diameter of the heater tube by a predetermined dimension of 1 mm or more, wherein the heater tube is heated so that the outer surface of the glass cylindrical body reaches a predetermined temperature of 550° C. or less,
the cap has a second fitting portion formed of a hole portion concentrically formed on an inlet side of the first fitting portion via a step portion extending radially outward,
the first fitting portion has a pair of holes for pouring adhesive formed from opposing outer surface positions in the circumferential direction toward the center,
the second fitting portion is adapted to fit and support the glass cylindrical body in a state where a cylindrical end of the glass cylindrical body is abutted against the step portion,
The housing includes:
The snow melting tubular heater has a reflector plate having an opening that is substantially parabolic in cross section, the reflector plate corresponding to the longitudinal dimension of the snow melting tubular heater.
The snow melting device includes a tubular heater for melting snow, the heater being disposed at the focal point of the reflector .