(57)【要約】【課題】ガスの放出について簡易的に環境影響評価を行う。【解決手段】煙突高さ計算方法は、瞬間放出時をシミュレートする簡易予測モデルに基づいて、煙突から瞬間放出される第１排煙の第１地上濃度を計算するステップと、第１地上濃度が環境規制値以下となるように煙突の第１高さを決定するステップと、定常放出をシミュレートする定常放出モデルに基づいて、第１高さの煙突から定常放出される第２排煙の第２地上濃度を計算するステップと、第２地上濃度が環境規制値以下となるように煙突の第２高さを決定するステップとを具備する。【選択図】図５
2014115844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞬間放出時をシミュレートする簡易予測モデルに基づいて、煙突から瞬間放出される第１排煙の第１地上濃度を計算するステップと、
前記第１地上濃度が環境規制値以下となるように前記煙突の第１高さを決定するステップと、
定常放出をシミュレートする定常放出モデルに基づいて、前記第１高さの前記煙突から定常放出される第２排煙の第２地上濃度を計算するステップと、
前記第２地上濃度が前記環境規制値以下となるように前記煙突の第２高さを決定するステップと
を具備する
煙突高さ計算方法。
【請求項２】
請求項１に記載の煙突高さ計算方法において、
前記簡易予測モデルは、
前記第１排煙の側面からの大気の巻き込みに加えて、前記第１排煙の進行方向の前面および後面の大気の巻き込みを組み込んでいる
煙突高さ計算方法。
【請求項３】
請求項２に記載の煙突高さ計算方法において、
前記簡易予測モデルは、
前記第１排煙に関する運動量保存則、エネルギー保存則、質量保存則、物質保存則を満たす方程式を備える
煙突高さ計算方法。
【請求項４】
請求項３に記載の煙突高さ計算方法において、
前記簡易予測モデルにおいて、前記第１排煙は、プルーム軸に中心軸が重なる円柱、又は、前記プルーム軸に中心が重なる球の形状を有する
煙突高さ計算方法。
【請求項５】
請求項４に記載の煙突高さ計算方法において、
前記方程式は、式（１）〜（５）で規定され、
【数６】
2014115844.tif 000008
Ｅｔは、前記第１排煙にかかるエントレインメント速度であり、式（１１）で規定され、
Ｆｘは、前記第１排煙の側面に水平方向にかかる力であり、式（１２）で規定され、
Ｆｘ’は、前記第１排煙の前後面に水平方向にかかる力であり、式（１３）で規定され、
Ｆｙは、前記第１排煙の側面に鉛直方向にかかる力であり、式（１４）で規定され、
Ｆｙ’は、前記第１排煙の前後面に鉛直方向にかかる力であり、式（１５）で規定され、
【数７】
2014115844.tif 000009
ｕａは前記大気の流速、ｕａ’は前記大気の変動風速、ρａは前記大気の密度、Ｔａは前記大気の温度、ｕは前記第１排煙の流速、ｕ＊は前記第１排煙の前記大気に対する相対流速、ρは前記第１排煙の密度、Ｔは前記第１排煙の温度、Ｃは前記第１排煙の濃度、θは前記第１排煙のプルーム軸角度、ｂは前記第１排煙の半径、Ｌは前記第１排煙の円柱の厚み、Ｖは前記第１排煙の体積、α１、α２、α２’、α３はエントレインメント係数、Ｃｄは前記第１排煙の抵抗係数、ｇは重力加速度である
煙突高さ計算方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の煙突高さ計算方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項７】
瞬間放出時をシミュレートする簡易予測モデルに基づいて、煙突から瞬間放出される第１排煙の第１地上濃度を計算する第１計算部と、
前記第１地上濃度が環境規制値以下となるように前記煙突の第１高さを決定する第１判定部と、
定常放出をシミュレートする定常放出モデルに基づいて、前記第１高さの前記煙突から定常放出される第２排煙の第２地上濃度を計算する第２計算部と、
前記第２地上濃度が前記環境規制値以下となるように前記煙突の第２高さを決定する第２判定部と
を具備する
煙突高さ計算装置。
【請求項８】
請求項７に記載の煙突高さ計算装置において、
前記簡易予測モデルは、
前記第１排煙の側面からの大気の巻き込みに加えて、前記第１排煙の進行方向の前面および後面の大気の巻き込みを組み込んでいる
煙突高さ計算装置。
【請求項９】
請求項８に記載の煙突高さ計算装置において、
前記簡易予測モデルは、
前記第１排煙に関する運動量保存則、エネルギー保存則、質量保存則、物質保存則を満たす方程式を備える
煙突高さ計算装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の煙突高さ計算装置において、
前記簡易予測モデルにおいて、前記第１排煙は、プルーム軸に中心軸が重なる円柱、又は、前記プルーム軸に中心が重なる球の形状を有する
煙突高さ計算装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の煙突高さ計算装置において、
前記方程式は、式（１）〜（５）で規定され、
【数８】
2014115844.tif 000010
Ｅｔは、前記第１排煙にかかるエントレインメント速度であり、式（１１）で規定され、
Ｆｘは、前記第１排煙の側面に水平方向にかかる力であり、式（１２）で規定され、
Ｆｘ’は、前記第１排煙の前後面に水平方向にかかる力であり、式（１３）で規定され、
Ｆｙは、前記第１排煙の側面に鉛直方向にかかる力であり、式（１４）で規定され、
Ｆｙ’は、前記第１排煙の前後面に鉛直方向にかかる力であり、式（１５）で規定され、
【数９】
2014115844.tif 000011
ｕａは前記大気の流速、ｕａ’は前記大気の変動風速、ρａは前記大気の密度、Ｔａは前記大気の温度、ｕは前記第１排煙の流速、ｕ＊は前記第１排煙の前記大気に対する相対流速、ρは前記第１排煙の密度、Ｔは前記第１排煙の温度、Ｃは前記第１排煙の濃度、θは前記第１排煙のプルーム軸角度、ｂは前記第１排煙の半径、Ｌは前記第１排煙の円柱の厚み、Ｖは前記第１排煙の体積、α１、α２、α２’、α３はエントレインメント係数、Ｃｄは前記第１排煙の抵抗係数、ｇは重力加速度である
煙突高さ計算装置。
【請求項１２】
煙突の高さと排気条件と気象条件とを読み込むステップと、
瞬間放出時をシミュレートする簡易予測モデルに基づいて、前記煙突の高さと前記排気条件と前記気象条件とを参照して、前記煙突から瞬間放出される第１排煙の上昇高さを予測するステップと
を具備する
排煙上昇高さ推定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の排煙上昇高さ推定方法において、
前記簡易予測モデルは、
前記第１排煙の側面からの大気の巻き込みに加えて、前記第１排煙の進行方向の前面および後面の大気の巻き込みを組み込んでいる
排煙上昇高さ推定方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の排煙上昇高さ推定方法において、
前記簡易予測モデルは、
前記第１排煙に関する運動量保存則、エネルギー保存則、質量保存則、物質保存則を満たす方程式を備える
排煙上昇高さ推定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の排煙上昇高さ推定方法において、
前記簡易予測モデルにおいて、前記第１排煙は、プルーム軸に中心軸が重なる円柱、又は、前記プルーム軸に中心が重なる球の形状を有する
排煙上昇高さ推定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の排煙上昇高さ推定方法において、
前記方程式は、式（１）〜（５）で規定され、
【数１０】
2014115844.tif 000012
Ｅｔは、前記第１排煙にかかるエントレインメント速度であり、式（１１）で規定され、
Ｆｘは、前記第１排煙の側面に水平方向にかかる力であり、式（１２）で規定され、
Ｆｘ’は、前記第１排煙の前後面に水平方向にかかる力であり、式（１３）で規定され、
Ｆｙは、前記第１排煙の側面に鉛直方向にかかる力であり、式（１４）で規定され、
Ｆｙ’は、前記第１排煙の前後面に鉛直方向にかかる力であり、式（１５）で規定され、
【数１１】
2014115844.tif 000013
ｕａは前記大気の流速、ｕａ’は前記大気の変動風速、ρａは前記大気の密度、Ｔａは前記大気の温度、ｕは前記第１排煙の流速、ｕ＊は前記第１排煙の前記大気に対する相対流速、ρは前記第１排煙の密度、Ｔは前記第１排煙の温度、Ｃは前記第１排煙の濃度、θは前記第１排煙のプルーム軸角度、ｂは前記第１排煙の半径、Ｌは前記第１排煙の円柱の厚み、Ｖは前記第１排煙の体積、α１、α２、α２’、α３はエントレインメント係数、Ｃｄは前記第１排煙の抵抗係数、ｇは重力加速度である
排煙上昇高さ推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排煙上昇高さ推定方法、煙突高さ計算方法および煙突高さ計算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
煙突やベントスタックから定常的に放出されるガスの拡散濃度を推定する方法が知られている。例えば、非特許文献１（Ｇ．Ｏｏｍｓ，Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ６  （１９７２）  ８９９−９０９．）に、風を有する大気中へ煙突から放出されるガスの排煙ガス軌道の計算方法が開示されている。この計算方法は、ガスを大気中へ定常的に（連続的に）放出している状態（定常放出）での計算方法である。
【０００３】
近年、緊急事態に対処するために瞬間的にガスをベント（放出）する事態を想定して、その瞬間的に放出されたガスについて環境影響評価を行う要求が生じている。しかし、現状では、そのような事態に適用可能なガスの上昇高さを推定する簡易式がない。それに対処するためには、例えば、ガスが上昇しないものとして地上濃度の評価を行う方法と、定常放出として地上濃度の評価を行う方法とが考えられる。
【０００４】
図１は、各評価方法におけるガスの放出の状態を示す概念図である。非特許文献１のような定常放出の計算方法（「定常放出」：Ａ１）は、ガスの地上濃度を、簡易式を用いて短時間で計算できる。ただし、実際に瞬間的にガスを放出した場合（「瞬間放出」：Ａ０）と比較して、ガスの上昇高さを過大に評価してしまう可能性がある。その場合、ガスの地上濃度を小さく推定することになり、環境影響評価上好ましくない。一方、ガスが上昇しないものとして地上濃度の評価を行う方法（「上昇なし」：Ａ２）も、ガスの地上濃度を、簡易式を用いて短時間で計算できる。ただし、実際に瞬間的にガスをベントした場合（「瞬間放出」：Ａ０）と比較して、ガスの地上濃度を過大に評価してしまう可能性がある。すなわち、この方法は、安全サイドの予測と考えることができる。その場合、環境規制値を守るために煙突高さ（ベントスタック高さ）を必要以上に高く設計する必要が生じ、煙突の製造コストが高くなってしまう。
【０００５】
また、簡易式を用いずに、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）を用いて推定する方法も考えられる。ただし、この方法では、その計算に非常に時間がかかる。そのため、年間のすべての気象条件（風速、大気安定度）について計算を行うには膨大な時間を要するので実用的ではない。
【０００６】
関連する技術として、特開平９−３３３８４号公報に煙突形状評価方法が開示されている。この煙突形状評価方法は、３工程を備えている。第１工程は、一筒集中型煙突を用いた平板実験により得られる排煙上昇の煙軸パスが、環境アセスメントで使用される、排煙上昇式で算出した排煙の有効高さＨｅｏと等しくなる、前記一筒集中型煙突からの風下距離ｘｏを求める工程である。第２工程は、評価を行う形状にされた評価煙突を用いた実験により得られる排煙上昇パスから、前記評価煙突の風下距離ｘｏにおける煙軸高さＨｅｉを求める工程である。第３工程は、前記排煙の有効高さＨｅｏおよび前記煙軸高さＨｅｉから数１で算出される、前記一筒集中型煙突における最大着地濃度から増減率αを求めて、前記評価煙突の最大着地濃度を評価する工程である。ただし、数１：α＝γ−Ｐ；γ＝Ｈｅｉ／Ｈｅｏ、Ｐ：正の定数、である。この煙突形状評価方法は、定常放出に基づく評価方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３３３８４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｇ．Ｏｏｍｓ，“Ａ  ｎｅｗ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｐｌｕｍｅ  ｐａｔｈ  ｏｆ  ｇａｓｅｓ  ｅｍｉｔｔｅｄ  ｂｙ  ａ  ｓｔａｃｋ”，Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ６  （１９７２）  ８９９−９０９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、瞬間放出を含めたガスの放出について簡易的に環境影響評価を行うことが可能な排煙上昇高さ推定方法、煙突高さ計算方法および煙突高さ計算装置を提供することにある。本発明の他の目的は、瞬間放出を含めたガスの放出について簡易的にガスの上昇高さ等を推定可能な排煙上昇高さ推定方法を提供することにある。本発明の更に他の目的は、瞬間放出を含めたガスの放出について簡易的に煙突高さを計算可能な煙突高さ計算方法および煙突高さ計算装置を提供することにある。
【００１０】
この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明の煙突高さ計算方法は、第１〜第４のステップを具備している。第１のステップは、瞬間放出時をシミュレートする簡易予測モデルに基づいて、煙突から瞬間放出される第１排煙の第１地上濃度を計算するステップ（Ｓ０１〜Ｓ０２）である。第２のステップは、第１地上濃度が環境規制値以下となるように煙突の第１高さを決定するステップ（Ｓ０３、Ｓ０４）である。第３のステップは、定常放出をシミュレートする定常放出モデルに基づいて、第１高さの煙突から定常放出される第２排煙の第２地上濃度を計算するステップ（Ｓ０５）である。第４のステップは、第２地上濃度が環境規制値以下となるように煙突の第２高さを決定するステップ（Ｓ０６〜Ｓ０８）である。
【００１３】
上記の煙突高さ計算方法において、簡易予測モデルは、第１排煙の側面からの大気の巻き込みに加えて、第１排煙の進行方向の前面および後面の大気の巻き込みを組み込んでいることが好ましい。
【００１４】
上記の煙突高さ計算方法において、簡易予測モデルは、第１排煙に関する運動量保存則、エネルギー保存則、質量保存則、物質保存則を満たす方程式を備えていることが好ましい。
【００１５】
上記の煙突高さ計算方法において、簡易予測モデルにおいて、第１排煙は、プルーム軸に中心軸が重なる円柱、又は、プルーム軸に中心が重なる球の形状を有していることが好ましい。
【００１６】
上記の煙突高さ計算方法において、方程式は、式（１）〜（５）で規定されることが好ましい。
【数１】
2014115844.tif 000003
ただし、Ｅｔは、第１排煙にかかるエントレインメント速度であり、式（１１）で規定される。Ｆｘは、第１排煙の側面に水平方向にかかる力であり、式（１２）で規定される。Ｆｘ’は、第１排煙の前後面に水平方向にかかる力であり、式（１３）で規定される。Ｆｙは、第１排煙の側面に鉛直方向にかかる力であり、式（１４）で規定される。Ｆｙ’は、第１排煙の前後面に鉛直方向にかかる力であり、式（１５）で規定される。
【数２】
2014115844.tif 000004
ここで、ｕａは大気の流速、ｕａ’は大気の変動風速、ρａは大気の密度、Ｔａは大気の温度である。ｕは第１排煙の流速、ｕ＊は第１排煙の大気に対する相対流速、ρは第１排煙の密度、Ｔは第１排煙の温度、Ｃは第１排煙の濃度、θは第１排煙のプルーム軸角度、ｂは第１排煙の半径、Ｌは第１排煙の円柱の厚み、Ｖは第１排煙の体積である。α１、α２、α２’、α３はエントレインメント係数、Ｃｄは第１排煙の抵抗係数、ｇは重力加速度である。
【００１７】
本発明のプログラムは、上記各段落のいずれかに記載の煙突高さ計算方法をコンピュータに実行させる。
【００１８】
本発明の煙突高さ計算装置は、第１計算部（３１、３２）と、第１判定部（３３）と、第２計算部（３４）と、第２判定部（３５、３６）とを具備している。第１計算部（３１、３２）は、瞬間放出時をシミュレートする簡易予測モデルに基づいて、煙突から瞬間放出される第１排煙の第１地上濃度を計算する。第１判定部（３３）は、第１地上濃度が環境規制値以下となるように煙突の第１高さを決定する。第２計算部（３４）は、定常放出をシミュレートする定常放出モデルに基づいて、第１高さの煙突から定常放出される第２排煙の第２地上濃度を計算する。第２判定部（３５、３６）は、第２地上濃度が環境規制値以下となるように煙突の第２高さを決定する。
【００１９】
上記の煙突高さ計算装置において、簡易予測モデルは、第１排煙の側面からの大気の巻き込みに加えて、第１排煙の進行方向の前面および後面の大気の巻き込みを組み込んでいることが好ましい。
【００２０】
上記の煙突高さ計算装置において、簡易予測モデルは、第１排煙に関する運動量保存則、エネルギー保存則、質量保存則、物質保存則を満たす方程式を備えていることが好ましい。
【００２１】
上記の煙突高さ計算装置において、簡易予測モデルにおいて、第１排煙は、プルーム軸に中心軸が重なる円柱、又は、プルーム軸に中心が重なる球の形状を有していることが好ましい。
【００２２】
上記の煙突高さ計算装置において、方程式は、上述された式（１）〜（５）で規定されることが好ましい。
【００２３】
本発明の排煙上昇高さ推定方法は、第１、第２のステップを具備している。第１のステップは、煙突の高さと排気条件と気象条件とを読み込むステップである。第２のステップは、瞬間放出時をシミュレートする簡易予測モデルに基づいて、煙突の高さと排気条件と気象条件とを参照して、煙突から瞬間放出される第１排煙の上昇高さを予測するステップである。
【００２４】
上記の排煙上昇高さ推定方法において、簡易予測モデルは、第１排煙の側面からの大気の巻き込みに加えて、第１排煙の進行方向の前面および後面の大気の巻き込みを組み込んでいることが好ましい。
【００２５】
上記の排煙上昇高さ推定方法において、簡易予測モデルは、第１排煙に関する運動量保存則、エネルギー保存則、質量保存則、物質保存則を満たす方程式を備えていることが好ましい。
【００２６】
上記の排煙上昇高さ推定方法において、簡易予測モデルにおいて、第１排煙は、プルーム軸に中心軸が重なる円柱、又は、プルーム軸に中心が重なる球の形状を有していることが好ましい。
【００２７】
上記の排煙上昇高さ推定方法において、方程式は、上述された式（１）〜（５）で規定されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、瞬間放出を含めたガスの放出について簡易的に環境影響評価を行うことが可能となる。また、瞬間放出を含めたガスの放出について簡易的にガスの上昇高さ等を推定することが可能となる。また、瞬間放出を含めたガスの放出について簡易的に煙突高さを計算することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、各評価方法におけるガスの放出の状態を示す概念図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法の概念を示す模式図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法の上昇高さ簡易予測モデルを示す図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る煙突高さ計算装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る煙突高さ計算方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法、煙突高さ計算方法および煙突高さ計算装置について説明する。以下の説明では、瞬時放出されるガスのかたまりを排煙ガスと呼ぶこととする。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法について説明する。図２は、本実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法の概念を示す模式図である。この図は、風２が吹いている大気中へ煙突１から排煙ガス（瞬時放出されるガスのかたまり）４が放出され、プルーム軸ｓに沿って上昇していることを示している。排煙ガス４は、煙突１の上部からｚ軸方向（鉛直方向）に放出された後、ｘ軸方向（水平方向）に吹いている風２に流されつつ、図中のプルーム軸ｓの先端部分に達し、高さΔＨ’に達している。すなわち、この地点での排煙ガスの上昇高さはΔＨ’である。
【００３２】
このとき、本実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法では、排煙ガス４に影響する周辺環境として、定常放出の場合には考慮されなかった、プルーム軸ｓ上における排煙ガス４の前後のガス（大気）を今回新たに考慮する。その理由は、排煙ガス４は、瞬時放出されるガスであるため、定常放出のように連続的に放出されるガスではなく、ガスのかたまりと見なすことが適切であるからである。ガスのかたまりであることは、その移動のとき、前方や後方の大気と相互作用を起こすことが考えられる。その相互作用を考慮することが、瞬時放出されるガスの上昇高さや濃度変化に対しては、極めて重要と考えられる。一方、定常放出の場合、放出されるガスはプルーム軸に沿った連続体である。すなわち、その移動の時、前方や後方には同じガスしか存在しない。したがって、前方や後方の大気との相互作用を考慮する必要はない。
【００３３】
排煙ガス４の形状としては、後述されるように、一例として、中心軸がプルーム軸ｓに沿った円柱を仮定する。そのとき、排煙ガス４に影響するものとして、エントレインメント（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）１１、１２ａ、１２ｂ、抗力（ｄｒａｇ  ｆｏｒｃｅ）１３、浮力（ｂｕｏｙａｎｃｙ）１４を考慮する。ただし、エントレインメント１１は、排煙ガス４の上昇によって排煙ガス４の側面から排煙ガス４内へ大気が巻き込まれる現象である。エントレインメント１２ａ、１２ｂは、排煙ガス４の上昇によって排煙ガス４の下面（後面）、上面（前面）から排煙ガス４内へ大気が巻き込まれる現象である。抗力１３は、大気の流れ（風２）により排煙ガス４の側面、下面（後面）、上面（前面）にかかる力である。浮力１４は、大気による排煙ガス４の浮力である。特に、排煙ガス４の上昇によって排煙ガス４の下面（後面）、上面（前面）から排煙ガス４内へ大気が巻き込まれる現象であるエントレインメント１２ａ、１２ｂは、定常放出では考慮されていない現象であり、本実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法で今回新たに導入された。ただし、排煙ガスの形状は、他の形状であっても良い、例えば、プルーム軸ｓに中心軸が重なる回転体や、プルーム軸ｓに中心が重なる球である。
【００３４】
上述のような本実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法の概念を用いると、以下に示す簡易予測モデルを用いて短時間に排煙ガス４の上昇高さを算出することができる。以下では、排煙上昇高さ推定方法、煙突高さ計算方法および煙突高さ計算装置について、具体的に説明する。
【００３５】
図３は、本実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法の上昇高さ簡易予測モデルを示す図である。この図は、風２が吹いている大気中へ煙突１から排煙ガス４が放出され、プルーム軸ｓに沿って上昇していることを示している。排煙ガス４は、煙突１の上部からｚ軸方向（鉛直方向）に放出された後、ｘ軸方向（水平方向）に吹いている風２に流されつつ上昇して行く。排煙ガス４としては、円柱形状（中心軸はプルーム軸ｓと重なる）を仮定している。ここのとき、上昇高さ簡易予測モデルとしては、以下の各式を用いる。
【００３６】
【数３】
2014115844.tif 000005
【００３７】
ただし、
Ｅｔ：排煙ガス４にかかるエントレインメント速度（ｍ／ｓ）は、下記の式（１１）に規定される。
Ｆｘ：排煙ガス４の側面に水平方向にかかる力（ｋｇｍ／ｓ２）は、下記の式（１２）に規定される。
Ｆｘ’：排煙ガス４の前後面に水平方向にかかる力（ｋｇｍ／ｓ２）は、下記の式（１３）に規定される。
Ｆｙ：排煙ガス４の側面に鉛直方向にかかる力（ｋｇｍ／ｓ２）は、下記の式（１４）に規定される。
Ｆｙ’：排煙ガス４の前後面に鉛直方向にかかる力（ｋｇｍ／ｓ２）は、下記の式（１５）に規定される。
Ｅｔはエントレインメント１１、１２ａ、１２ｂに対応し、Ｆｘ、Ｆｘ’、Ｆｙ、Ｆｙ’は抗力１３および浮力１４に対応する。具体的には以下の各式のとおりである。
【数４】
2014115844.tif 000006
【００３８】
このとき、上記式（１）〜（５）、（１１）〜（１５）における各パラメータは以下のとおりである。
（ａ）大気（下添字の“ａ”は大気、“ａ０”は大気（煙突出口）を示す。）
ｕａ：流速
ｕａ０：大気（煙突出口）
ｕａ’：大気の変動風速
ρａ：密度
Ｔａ：温度
上記値は気象条件として予め与えられる定数又は関数（位置、時刻）である。
（ｂ）排煙ガス
ｕ：流速
ｕ＊：相対流速（＝ｕ−ｕａｃｏｓθ）
ρ：密度
Ｔ：温度
Ｃ：濃度
θ：プルーム軸角度
ｂ：円柱の半径
Ｌ：円柱の厚み
Ｖ：体積（＝πｂ２Ｌ）
ｕ、ρ、Ｃ、θ、ｂは変数であり時間ｔと共に変化する。Ｔは、状態方程式からρによって決まり、Ｌは予め与えられる定数である。
（ｃ）その他
α１，α２，α３：エントレインメント係数
α２’：前後方向のエントレインメント係数
Ｃｄ：抵抗係数
ｇ：重力加速度
上記値は、予め与えられる定数である。
【００３９】
以下、各式について説明する。
式（１）、（２）は、運動量保存側を示す式である。ただし、式（１）は、水平方向の運動量保存側を示している。排煙ガス４の運動量の時間変化は、エントレインメント１１、１２ａ、１２ｂによる大気の流入分（Ｅｔ）による力と、排煙ガス４の側面にかかる水平方向の力（Ｆｘ）と、排煙ガス４の前後面にかかる水平方向の力（Ｆｘ’）との和となる。また、式（２）は、鉛直方向の運動量保存側を示している。鉛直方向の排煙ガス４の運動量の時間変化（力）は、浮力１４と、排煙ガス４の側面にかかる鉛直方向の力（Ｆｙ）と、排煙ガス４の前後面にかかる鉛直方向の力（Ｆｙ’）との和となる。
【００４０】
式（３）は、質量保存側を示す式である。排煙ガス４の質量の時間変化は、エントレインメント１１、１２ａ、１２ｂによる大気の流入分（Ｅｔ）となる。また、式（４）はエネルギー保存側を示す式である。排煙ガス４のエネルギーの時間変化は、エントレインメント１１、１２ａ、１２ｂによる大気の流入分（Ｅｔ）となる。
【００４１】
式（１１）における排煙ガス４にかかるエントレインメント速度Ｅｔの各項は以下のとおりである。第一項は、排煙ガス４（排煙）と大気との相対速度に起因するエントレインメントである。第二項は、排煙ガス４（排煙）と大気との密度差に起因するエントレインメントである。第三項が、乱れに起因するエントレインメントである。第四項が、排煙ガス４の後面および前面からのエントレインメント１２ａ、１２ｂを考慮する付加項である。本実施の形態では、上記式（１）〜（５）を用いた簡易予測モデルを新たに構築するとともに、この新たな付加項を導入することで、その式（１）〜（５）に排煙ガス４の後面および前面からのエントレインメント１２ａ、１２ｂの影響をも追加している。それにより、短時間に正確に排煙上昇高さ推定方法することができる簡易予測モデルが得られる。
【００４２】
本実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法は、上記式（１）〜（５）、（１１）〜（１５）を用いた簡易予測モデルを解くことで、速度ｕ、密度ρ、濃度Ｃ、プルーム軸角度θ、半径ｂが時間ｔの関数として算出される。速度ｕ（ｔ）およびプルーム軸角度θ（ｔ）から排煙ガス４の軌跡を得ることができる。
【００４３】
このように、本実施の形態に係る排煙上昇高さ推定方法により、排煙ガス４の上昇高さを推定することができる。この簡易予測モデルは、ＣＦＤを用いずにパーソナルコンピュータ程度の計算機で、数秒程度で計算できるモデルである。そのため、例えば年間のすべての気象条件を網羅した多数の計算ケースも短時間でこなすことができる。
【００４４】
上記の推定方法にて求めた排煙ガス４の軌跡を、従来知られたＰＵＦＦモデルに導入して地上濃度を計算する。その際、速度ｕｉ、プルーム軸角度θｉから求められる、ある時刻ｔでの排煙ガス４の位置を用いる。その排煙ガス４の位置は、以下の式（２１）、（２２）で示される煙源からの距離Ｘｔと高さＺｔである。ただし、地上濃度の計算では、ｚ軸方向（鉛直方向）およびｘ軸方向（水平方向）の原点は、煙突出口ではなく、地表面とする。
【００４５】
【数５】
2014115844.tif 000007
ここで、Δｔは時間刻み、Ｚ０は煙突の高さである。
【００４６】
ＰＵＦＦモデルを用いた地上濃度計算において瞬間放出時の排煙上昇パスを導入した結果、図１に示す「上昇なし」Ａ２の計算にくらべて合理的な濃度推定に適用できる。
【００４７】
次に、本実施の形態に係る煙突高さ計算方法および煙突高さ計算装置について説明する。図４は、本実施の形態に係る煙突高さ計算装置の構成を示すブロック図である。煙突高さ計算装置６は、上記の簡易予測モデルを用いた排煙上昇高さ推定方法により、煙突高さ計算を計算する。
【００４８】
煙突高さ計算装置６は、コンピュータに例示される情報処理装置であり、図示されていないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と記憶装置と入力装置と出力装置とインターフェースとを備えている。ＣＰＵ、記憶装置、入力装置、出力装置およびインターフェースは、バスやケーブルにより互いに情報の送受信が可能に接続されている。記憶装置は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）に例示される。入力装置は、キーボードやマウスに例示される。出力装置は、ディスプレイやプリンタに例示される。インターフェースは、外部のコンピュータや記憶装置や記憶媒体読取装置などと双方向通信可能に接続されている。
【００４９】
ＣＰＵは、例えば記憶媒体からインターフェースを介してＨＤＤにインストールされたコンピュータプログラムをＲＡＭに展開する。そして、展開されたコンピュータプログラムを実行して、必要に応じて記憶装置や入力装置や出力装置のようなハードウエアを制御しながら、当該コンピュータプログラムの情報処理を実現する。記憶装置は、コンピュータプログラムを記録し、ＣＰＵが利用する情報や生成する情報を記録する。入力装置は、ユーザに操作されることにより生成される情報をＣＰＵや記憶装置に出力する。出力装置は、ＣＰＵにより生成された情報や記憶装置の情報をユーザに認識可能に出力する。
【００５０】
煙突高さ計算装置６は、コンピュータプログラムである上昇高さ計算部３１と、第１地上濃度計算部３２と、第１判定部３３と、第２地上濃度計算部３４と、第２判定部３５と、煙突高さ決定部３６と、記憶部３７とを備えている。
【００５１】
上昇高さ計算部３１は、初期値（例示：０ｍ）の高さの煙突１について、第１の排気条件（瞬間放出の条件を含む）および気象条件に基づいて、上述の簡易予測モデルを用いた排煙上昇高さ推定方法を実行する。
【００５２】
第１地上濃度計算部３２は、上昇高さ計算部３１の計算結果に基づいて、ＰＵＦＦモデルを用いて地上の濃度を計算する。
【００５３】
第１判定部３３は、第１地上濃度計算部３２の計算結果（地上濃度）が環境規制値に適合するか否かを判定する。その地上濃度が環境規制値に適合しない場合、煙突１の高さを所定量だけ高くして、再び上昇高さ計算部３１へプロセスを戻す。その地上濃度が環境規制値に適合する場合、第２地上濃度計算部３４へプロセスを進める。
【００５４】
第２地上濃度計算部３４は、地上濃度が環境規制値に適合すると判定された高さの煙突１について、第２の排気条件（定常放出の条件を含む）および気象条件に基づいて、定常放出モデル（例示：非特許文献１のモデル＋ＰＵＦＦモデル）を用いて地上の濃度を計算する。
【００５５】
第２判定部３５は、第２地上濃度計算部３４の計算結果（地上濃度）が環境規制値に適合するか否かを判定する。その地上濃度が環境規制値に適合しない場合、煙突１の高さを所定量だけ高くして、再び第２地上濃度計算部３４へプロセスを戻す。その地上濃度が環境規制値に適合する場合、煙突高さ決定部３６へプロセスを進める。
【００５６】
煙突高さ決定部３６は、瞬間放出の条件および定常放出の条件の両条件において地上濃度が環境規制値適合した煙突高さを、最終的な煙突高さとして決定する。
【００５７】
記憶部３７は、第１の排気条件（瞬間放出の条件を含む）、第２の排気条件（定常放出の条件を含む）、気象条件、簡易予測モデル、ＰＵＦＦモデル、環境規制値などを格納している。
【００５８】
次に、本実施の形態に係る煙突高さ計算装置の動作（煙突高さ計算方法）について説明する。図５は、本実施の形態に係る煙突高さ計算方法を示すフロー図である。
【００５９】
上昇高さ計算部３１は、記憶部３７から計算条件を読み込む。計算条件としては、煙突１の高さＨ、第１の排気条件および気象条件である。煙突１の高さＨとしては、例えば初期値（例示：０ｍ）である。第１の排気条件としては、煙突１の口径、瞬間放出されるガスの初期量、ガスの初期温度、ガス中の汚染物質の初期濃度を含んでいる。なお、ガスの初期速度やガスの初期密度は、これらの値から算出される。気象条件としては、風速種類×大気安定度種類×風向種類の分のケースを含んでいる。なお、気象条件は、１ケースだけであっても良い。その後、上昇高さ計算部３１は、読み込んだ計算条件に基づいて、上述の簡易予測モデルを用いた排煙上昇高さ推定方法を実行する（ステップＳ０１）。具体的には、読み込んだ計算条件に基づいて、式（１）〜（５）、式（１１）〜（１５）を数値計算により解く。それにより、速度ｕ、密度ρ、濃度Ｃ、プルーム軸角度θ、半径ｂが時間ｔの関数として算出される。
【００６０】
第１地上濃度計算部３２は、上昇高さ計算部３１の計算結果（速度ｕ、プルーム軸角度θ）に基づいて、式（２１）、（２２）を用いて計算された排煙ガス４の軌跡を使い、ＰＵＦＦモデルを用いて汚染物質の地上での濃度を計算する（ステップＳ０２）。それにより、汚染物質の地上濃度Ｃ０１が、煙突からの距離ｘの関数として算出される。
【００６１】
第１判定部３３は、第１地上濃度計算部３２の計算結果（汚染物質の地上濃度Ｃ０１）に基づいて、汚染物質の地上濃度Ｃ０１が環境規制値に適合するか否かを判定する。具体的には、地上濃度Ｃ０１＜環境規制値が成立するか否かを判定する（ステップＳ０３）。
【００６２】
その地上濃度Ｃ０１が環境規制値に適合しない場合（ステップＳ０３：Ｎｏ）、第１判定部３３は、煙突１の高さＨを所定量ｄＨだけ高くして（ステップＳ０４）、再び上昇高さ計算部３１のステップＳ０１へプロセスを戻す。そして、再度ステップＳ０１〜ステップＳ０３が実行される。その地上濃度Ｃ０１が環境規制値に適合する場合（ステップＳ０３：Ｙｅｓ）、第１判定部３３は、その煙突１の高さＨを、地上濃度Ｃ０１が環境規制値に適合する煙突１の高さと決定する。そして、第２地上濃度計算部３４のステップＳ０５へプロセスが進む。
【００６３】
第２地上濃度計算部３４は、記憶部３７から計算条件を読み込む。計算条件としは、煙突１の高さＨ、第２の排気条件および気象条件である。煙突１の高さＨとしては、地上濃度Ｃ０１が環境規制値に適合すると第１判定部３３が判定したときの煙突１の高さＨである。第２の排気条件としては、煙突１の口径、定常放出されるガスの初期量、ガスの初期温度、ガス中の汚染物質の初期濃度を含んでいる。なお、ガスの初期速度やガスの初期密度は、これらの値から算出される。煙突１の口径および気象条件は、ステップＳ０１で読み込んだ煙突１の口径および気象条件と同じである。その後、第２地上濃度計算部３４は、読み込んだ計算条件に基づいて、従来知られた定常放出モデル（例示：非特許文献１のモデル＋ＰＵＦＦモデル）を用いて従来知られた方法により、汚染物質の地上での濃度を計算する（ステップＳ０５）。それにより、汚染物質の地上濃度Ｃ０２が、煙突からの距離ｘの関数として算出される。
【００６４】
第２判定部３５は、第２地上濃度計算部３４の計算結果（汚染物質の地上濃度Ｃ０２）に基づいて、汚染物質の地上濃度Ｃ０２が環境規制値に適合するか否かを判定する。具体的には、地上濃度Ｃ０２＜環境規制値が成立するか否かを判定する（ステップＳ０６）。
【００６５】
その地上濃度Ｃ０２が環境規制値に適合しない場合（ステップＳ０６：Ｎｏ）、第２判定部３５は、煙突１の高さＨを所定量ｄＨだけ高くして（ステップＳ０７）、再び第２地上濃度計算部３４のステップＳ０５へプロセスを戻す。そして、再度ステップＳ０５〜ステップＳ０６が実行される。その地上濃度Ｃ０２が環境規制値に適合する場合（ステップＳ０６：Ｙｅｓ）、第２判定部３５は、その煙突１の高さＨを、地上濃度Ｃ０２が環境規制値に適合する煙突１の高さと決定する。そして、煙突高さ決定部３６のステップＳ０８へプロセスが進む。
【００６６】
煙突高さ決定部３６は、瞬間放出の条件および定常放出の条件の両条件において地上濃度が環境規制値適合した煙突の高さＨを、最終的な煙突の高さＨとして決定する。具体的には、地上濃度Ｃ０１、Ｃ０２＜環境規制値が成立する煙突の高さＨを、最終的な煙突の高さＨとして決定する（ステップＳ０８）。
【００６７】
以上のようにして本実施の形態に係る煙突高さ計算装置の動作（煙突高さ計算方法）が実行される。
【００６８】
本実施の形態では、図２や図３や式（１）〜（５）で示されるように、上昇するガスの運動量保存、エネルギー保存、質量保存、物質保存を満たすような簡易方程式を用いて排煙ガス（排煙）の上昇過程を推定する簡易予測モデルを新規に構築している。その簡易予測モデルは、排煙ガスの前後からも周囲の大気の影響を受けることを考慮し、実際の現象に近いモデルとしている。このような定常放出モデルとは異なる新規な簡易予測モデルを用いることで、ＣＦＤを用いずに、パーソナルコンピュータ程度の情報処理装置でも一ケース当たり数秒程度で排煙ガスの上昇過程を計算することができる。したがって、年間の気象条件を網羅した多数のケースについても極めて短い時間で計算することができる。
【００６９】
本実施の形態では、その簡易予測モデルを用いて排煙ガスの上昇高さを推定し、その推定結果に基づいて濃度計算を行い、環境影響評価に適用している。そのため、環境規制値を満足するために必要となる最小の煙突高さを短時間で推定することができる。それを煙突の設計に反映させることで、効率的な煙突の設計を行うことができる。
【００７０】
本実施の形態の簡易予測モデルでは、排煙ガスの前後からも周囲の大気の影響を受けることを考慮することで瞬間放出時の実際の排煙ガスの上昇パスを精度よく予測することが可能である。そのため、それを用いて濃度計算を行うことで、従来の「上昇なし」（図１参照）での濃度計算にくらべて合理的な濃度推定を行うことができる。このことは、煙突の高さＨを低く設定することにつながり、プラントのコストを安くすることができる。すなわち、サイト固有の気象条件を反映し、最適な煙突高さ（環境規制を満たすもっとも低い煙突高さ）を合理的に推定することが可能となり、プラントの低コスト化を図ることができる。
【００７１】
本実施の形態に係るプログラムは、コンピュータ読取可能な記憶媒体に記録され、その記憶媒体から情報処理装置に読み込まれても良い。
【００７２】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００７３】
１  ：煙突
２  ：風
４  ：排煙ガス
６  ：煙突高さ計算装置
１１、１２ａ、１２ｂ：エントレインメント
１３：抗力
１４：浮力
３１：上昇高さ計算部
３２：第１地上濃度計算部
３３：第１判定部
３４：第２地上濃度計算部
３５：第２判定部
３６：煙突高さ決定部
３７：記憶部
【図１】
2014115844.tif 000014
【図２】
2014115844.tif 000015
【図３】
2014115844.tif 000016
【図４】
2014115844.tif 000017
【図５】
2014115844.tif 000018