(57)【要約】【課題】車両から排出される複数の汚染ガスのトンネル内濃度を上限値以内に管理する。【解決手段】トンネル内に配置された複数の換気機と、前記複数の換気機の運転を制御する換気制御装置５を有するトンネル換気設備において、対象物質として２種類以上の汚染ガス、および煤煙をそれぞれ検出するセンサーを前記換気機近傍に備え、前記複数の換気機近傍の対象物質濃度のいずれもが、各々予め定めた上限値以内となるように換気機の運転を制御する換気制御装置５により、煤煙を含む少なくとも３種類以上の汚染物質に対して、トンネル内のいずれの場所においても、またいずれの汚染物質も予め定められた管理値以下となるようにトンネル換気設備を制御することができる。【選択図】図１
2014070382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内に配置された複数の換気機と、前記複数の換気機の運転を制御する換気制御装置を有するトンネル換気設備において、
対象物質として２種類以上の汚染ガス、および煤煙を検出する検出器を前記換気機のそれぞれの近傍に設け、
前記複数の換気機近傍の対象物質濃度のいずれもが、各々予め定めた上限値以内となるように換気機の運転を制御するトンネル換気制御装置。
【請求項２】
前記検出器には、一酸化炭素計と窒素酸化物計の双方を含む請求項１に記載のトンネル換気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル換気機の運転を制御するトンネル換気制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルにおける換気の目的は、トンネル利用者の安全で快適な通行を確保すること、およびトンネル内における各種の管理業務のための環境を確保することであった。このためには、車両の排出ガス中に含まれる汚染物質が利用者および保守作業員などに生理的な悪影響を与えないようにすること、および良好な視野環境を確保することが必要である。（非特許文献１）
車両からの排出物質は、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、炭化水素およびその酸化生成物、二酸化硫黄、ホルムアルデヒド等の汚染ガスと煤煙が含まれるが、トンネルの換気設計では、これまで排気ガス中の煤煙および一酸化炭素を対象として設計されてきた。（非特許文献２）
また従来のトンネル換気設備は、トンネル内の環境改善を目的として設計されてきたが、近年では環境意識の高まりからトンネル内だけでなくトンネル出口や換気塔付近からトンネル外に排出される汚染物質についても関心が高まってきている。これら関心を集める汚染物質は、煤煙や一酸化炭素だけでなく、窒素酸化物等、車両から排出される他の汚染ガスにも広がってきている。
【０００３】
このような状況下で、トンネル出口から汚染物質が流出するのを防止するため、トンネル出口から流出する空気量を制御する換気方式が提案されている。（特許文献１，２）
また、トンネル出口付近に汚染物質の除去装置を設けたトンネル換気設備も提案されている。（特許文献３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８６４９８号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７０８８号公報
【特許文献３】特開２００８−０５７１６８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】社団法人日本道路協会編集，“道路トンネル技術基準（換気編）・同解説  平成２０年改訂版”，丸善株式会社，平成２０年，Ｐ１９
【非特許文献２】“設計要領  第三集  トンネル編”，東日本高速道路株式会社・中日本高速道路株式会社・西日本高速道路株式会社，平成１８年４月，（２）トンネル換気Ｐ２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、トンネル出口の環境改善や一酸化炭素以外の汚染ガスへの関心の高まりを経て、最近ではトンネル内における一酸化炭素以外の汚染ガス濃度についても着目されるようになってきた。
【０００７】
しかしながら、これまでに提案されてきた換気制御方式は、換気の対象物質を煤煙と汚染ガスの２種類とし、これらのトンネル内濃度が予め定めた上限値以内となるよう換気機を制御するものであった。
【０００８】
このため、汚染ガスについては特定の１種類のトンネル内濃度しか制御することができず、排出ガスに含まれる他の汚染ガスについては制御することができなかった。
【０００９】
また、これまでに提案されてきた換気制御方式の中には、換気の対象物質を煤煙と２種類の汚染ガスの合計３種類とし、煤煙と一方の汚染ガスについては、これらのトンネル内濃度が予め定めた上限値以内となるようにし、他方の汚染ガスについては、トンネル出口濃度が予め定めた上限値以内となるように換気機を制御するものもある。
【００１０】
この場合、汚染ガスのうち、一方はトンネル内濃度を制御することが可能であるが、その他の汚染ガスについては、トンネル出口付近の濃度しか制御することができなかった。
【００１１】
図５に従来のトンネル換気設備の構成例を示す。排気口１０１には排風機１０３が、送気口１０２には送風機１０４が設置されている。ここで、送風機と排風機を総称して換気機と呼ぶ。排気口１０１の近傍には煙霧透過率計１０６、一酸化炭素計１０７が設置されており、風向風速計１０８は排気口１０１の近傍およびトンネル出口に設置されている。窒素酸化物計１０９はトンネル出口に設置されている。換気制御装置１０５は、煙霧透過率計１０６で検出される煙霧透過率と、風向風速計１０８で検出される風向風速から煤煙濃度を計算し、一酸化炭素計１０７で検出される一酸化炭素濃度と共に、トンネル内濃度変化を演算する。煤煙濃度および一酸化炭素濃度が換気制御装置１０５で予め定めた上限値をトンネル内各所で上回らないように換気機の運転台数あるいは運転風量を制御する。基本的に、トンネル内の煤煙濃度および一酸化炭素濃度が換気制御装置１０５で定められた上限値を上回らない場合、換気機は運転しないが、トンネル出口付近の環境に配慮が必要な場合、窒素酸化物計１０９で検出されるトンネル出口の窒素酸化物濃度が予め定めた上限値を上回らないように、換気制御装置１０５は換気機の運転台数あるいは運転風量を制御する。
【００１２】
図６は上述のトンネル換気設備および換気制御装置１０５を用いて坑内濃度を管理した場合の、煤煙濃度、一酸化炭素濃度、および窒素酸化物濃度の推移例を示す。点線は換気機を運転しなかった場合、実線は換気制御装置１０５によってトンネル出口に近い排風機１０３ｂを運転制御した場合の濃度推移を示す。煤煙濃度および一酸化炭素濃度については、換気機を運転しなくてもトンネル各所において上限値以内を満足する。一方、窒素酸化物濃度は換気機を運転しない場合、トンネル出口において上限値を上回るため、出口に近い排風機１０３ｂを運転して新鮮空気をトンネル入口および出口から流入させ、排気口１０１ｂから排気することでトンネル出口濃度を抑制する。
【００１３】
このように換気制御装置１０５が換気機を運転制御した場合、煤煙濃度および一酸化炭素濃度はトンネル内各所で上限値を下回り、窒素酸化物濃度についてもトンネル出口付近では上限値を下回る。しかしながら、下流側の排風機１０３ｂの近傍では、窒素酸化物濃度が上限値を上回ってしまうが、従来の制御方法ではこれを解消することができなかった。
【００１４】
仮に、排気口１０１ｂに窒素酸化物除去装置を設置した場合、排気口１０１ｂから排気される窒素酸化物濃度を抑制することは可能であるが、トンネル内の濃度は窒素酸化物除去装置があっても抑制できない。
【００１５】
以前は、車両から排出される煤煙あるいは一酸化炭素の量が多かったため、トンネル内の煤煙あるいは一酸化炭素の濃度を上限値以内に管理すれば、必然的に窒素酸化物の濃度は上限値以下となることがほとんどであった。しかし最近では、車両の排ガス浄化性能が高くなり、排ガス中に含まれる煤煙や一酸化炭素の濃度は低下してきている。このため、窒素酸化物等、他の汚染ガスの比率が相対的に高くなり、従来の換気制御方法では、他の
汚染ガスがトンネル利用者および保守作業員に与える影響が無視できなくなってきている。特に都市部の地下トンネルでは、渋滞時に、停車中あるいは低速走行中の車両から排出される窒素酸化物の濃度が煤煙や一酸化炭素の濃度と比較して相対的に上昇するという事象がしばしば発生し、トンネル内において煤煙や一酸化炭素だけでなく窒素酸化物濃度も抑制することが求められるようになってきた。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
そして、この目的を達するために、本発明は、トンネル内に配置された複数の換気機と、前記複数の換気機の運転を制御する換気制御装置を有するトンネル換気設備において、対象物質として２種類以上の汚染ガス、および煤煙を検出する検出器を前記換気機のそれぞれの近傍に設け、前記複数の換気機近傍の対象物質濃度のいずれもが、各々予め定めた上限値以内となるように換気機の運転を制御するトンネル換気制御装置であり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、煤煙を含む少なくとも２種類以上の汚染物質に対して、トンネル内のいずれの場所においても、またいずれの汚染物質も予め定められた管理値以下となるようにトンネル換気設備を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１のトンネル換気設備を示す構成図。
【図２】本発明の実施の形態１のトンネル換気設備における煤煙濃度および汚染ガス濃度の推移の第１例を示す図。
【図３】本発明の実施の形態１のトンネル換気設備における煤煙濃度および汚染ガス濃度の推移の第２例を示す図。
【図４】本発明の実施の形態１のトンネル換気設備における煤煙濃度および汚染ガス濃度の推移の第３例を示す図。
【図５】従来のトンネル換気設備を示す構成図。
【図６】従来のトンネル換気設備における煤煙濃度および汚染ガス濃度の推移を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、トンネル換気設備を示す構成図である。排気口１には排風機３が、送気口２には送風機４が設置されている。ここで、送風機４と排風機３を総称して換気機と呼ぶ。排気口１の近傍には煙霧透過率計６、一酸化炭素計７が設置されており、風向風速計８と窒素酸化物計９は排気口１の近傍およびトンネル出口に設置されている。換気制御装置５は、煙霧透過率計６で検出される煙霧透過率から煤煙濃度を計算し、一酸化炭素計７で検出される一酸化炭素濃度、および窒素酸化物計９で検出される窒素酸化物濃度と共に、トンネル内濃度変化を演算する。なお、煤煙濃度は煙霧透過率の対数に比例する。
【００２１】
図２は上述のトンネル換気設備および換気制御装置５を用いて坑内濃度を管理した場合の、煤煙濃度、一酸化炭素濃度、および窒素酸化物濃度の推移例を示す。点線は換気機を運転しなかった場合、実線は換気制御装置５によって換気機を運転制御した場合の濃度推移を示す。
【００２２】
トンネル内濃度変化は、トンネル入口から排気口１ａおよび送気口２までを区間１、送気口２から排気口１ｂまでを区間２、排気口１ｂからトンネル出口までを区間３として、
各々の濃度変化を演算した。図２では、それぞれの区間の下流側に設けた計器の検出値から下流端における濃度を演算し、区間内の上流端から下流端にかけては上流端からの距離に比例して濃度が増加するとして演算した。なお、車両からの汚染物質排出量は車速や勾配によって異なるため、これらを考慮すればより精度よく濃度変化を演算することも可能である。
【００２３】
図２において換気機を運転しない場合、煤煙濃度および一酸化炭素濃度についてはトンネル内各所において上限値以内を満足する。一方、窒素酸化物濃度は、区間２の途中以降で上限値を上回るため、換気機の運転が必要と判断できる。図２は、換気機を全て運転した場合の濃度推移例である。区間１では、換気機の運転により増加するトンネル内風速に反比例して濃度が低下する。区間２では、トンネル内風速の増加に加えて、送風機４により送気口２から取り入れられる新鮮空気によって濃度が低下する。区間３は排風機３ｂによりトンネル出口から取り入れられる新鮮空気によって濃度が低下する。このように換気機が運転した場合の濃度変化は、換気機が停止している時の濃度変化と、換気機の運転風量が分かれば演算可能である。この演算結果がトンネル内各所で上限値を上回らないように運転風量を決定する。
【００２４】
なお、図２では換気機を全数運転としたが、図３のように換気機のうち排風機３ｂのみを運転した場合、また、図４のように換気機のうち排風機３ａと送風機４を運転した場合でも、トンネル内各所の汚染物質濃度が上限値を上回らないようにすることができる可能性もある。このため、あらかじめ換気機の運転台数と運転風量のパターンテーブルを作成しておき、各々のパターンにおいて、まずトンネル内濃度が上限値を上回らないパターンを抽出し、その中で、例えば、最も消費電力の小さいパターンを採用する。
【００２５】
また、図２では窒素酸化物濃度が上限値を上回り、煤煙濃度および一酸化炭素濃度は上限値を下回る形で説明しているが、車両からの各汚染物質の排出割合や各汚染物質の上限値の設定値によっては、必ず窒素酸化物濃度が他の汚染物質よりも先に上限値を上回るというものではない。
【００２６】
また、図１では換気区間は３区間としたが、４区間以上あっても本実施の形態に示す機能と効果は同様に発揮できる。
【００２７】
また、換気機は送風機と排風機としたが、ジェットファン等、その他換気機が設置されていても、本実施の形態に示す機能と効果は同様に発揮できる。
【００２８】
また、図１ではトンネル内およびトンネル出口付近の濃度を対象としてトンネル換気設備の構成を説明したが、トンネル周辺環境に配慮し、排気口およびトンネル出口付近に煤煙除去装置や窒素酸化物除去装置等の浄化装置が設置されていても、本実施の形態に示す機能と効果は同様に発揮できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、トンネル換気設備であって、トンネル内の複数の汚染物質の濃度を上限値以内に管理するものに適している。
【符号の説明】
【００３０】
１  排気口
２  送気口
３  排風機
４  送風機
５  換気制御装置
６  煙霧透過率計
７  一酸化炭素計
８  風向風速計
９  窒素酸化物計
１０１  排気口
１０２  送気口
１０３  排風機
１０４  送風機
１０５  換気制御装置
１０６  煙霧透過率計
１０７  一酸化炭素計
１０８  風向風速計
１０９  窒素酸化物計
【図１】
2014070382.tif 000003
【図２】
2014070382.tif 000004
【図３】
2014070382.tif 000005
【図４】
2014070382.tif 000006
【図５】
2014070382.tif 000007
【図６】
2014070382.tif 000008