(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの切羽近傍の空気をトンネルの抗口外側に排気するに際して、
前記トンネルの坑道に沿って切羽近傍から抗口外側まで延在する排気風管と、
前記切羽近傍の空気を前記排気風管を通して前記坑道の外部に排気する送風機と、
前記排気風管を流通する空気により回転駆動されるファンおよび前記ファンの回転により発電する発電機を有する発電装置とを設け、
前記排気風管に、切羽近傍に位置する吸気口と、前記抗口の外側に位置する排気口とを設け、
前記発電装置を、前記ファンが前記排気口から排出される空気によって回転駆動される第１の位置と、前記ファンが前記坑道外の野外を流れる外気によって回転駆動される第２の位置との間で移動させるようにした、
ことを特徴とする施工中トンネルの発電方法。
【請求項２】
前記排気の流れにより発電された電力を前記トンネル内の設備に供給する、
ことを特徴とする請求項１記載の施工中トンネルの発電方法。
【請求項３】
トンネルの坑道に沿って切羽近傍から抗口外側まで延在する排気風管と、
前記切羽近傍の空気を前記排気風管を通して前記坑道の外部に排気する送風機と、
前記排気風管を流通する空気により回転駆動されるファンおよび前記ファンの回転により発電する発電機を有する発電装置とを備え、
前記排気風管は、切羽近傍に位置する吸気口と、前記抗口の外側に位置する排気口とを有し、
前記発電装置を、前記ファンが前記排気口から排出される空気によって回転駆動される第１の位置と、前記ファンが前記坑道外の野外を流れる外気によって回転駆動される第２の位置との間で移動させる発電装置用移動機構が設けられている、
ことを特徴とする施工中トンネルの風力発電システム。
【請求項４】
前記発電機によって発電された電力は、前記坑道内に設けられた設備に供給される、
ことを特徴とする請求項３記載の施工中トンネルの風力発電システム。
【請求項５】
前記発電機によって発電された電力を充電するバッテリーを備え、
前記電力の前記設備への電力の供給は前記バッテリーを介してなされる、
ことを特徴とする請求項４記載の施工中トンネルの風力発電システム。
【請求項６】
前記設備は前記坑道内に設けられた照明装置である、
ことを特徴とする請求項４または５記載の施工中トンネルの風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は施工中トンネルの発電方法および施工中トンネルの発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
施工中のトンネルにおいては、切羽近傍で発生する塵埃を含んだ汚れた空気をトンネルの外に排気する必要がある。
したがって、従来から、切羽近傍から抗口外側までトンネルの坑道に沿って延在する排気風管を設け、送風機を用いて切羽近傍の空気を排気風管を通して坑道の外部に排気する換気システムが用いられている（特許文献１参照）。
また、施工中のトンネルにおいては、坑道内での作業を行うために照明装置などの電力を消費する様々な設備が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０１３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、これら換気システムの送風機や照明装置などの設備は、トンネルの規模が大きくなるほど多大な電力を消費するため、近年の省エネルギー化、ＣＯ２排出量の抑制の観点から如何にして電力消費量を抑制するかが重要となっている。
一方、上述した換気システムにおいて流通する空気に着目すると、この空気の流れのエネルギーは何ら利用されておらず、空気の流れのエネルギーを有効に再利用することが考えられる。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、施工中のトンネルにおける換気に伴う空気の流れを利用して発電を行うことにより施工中のトンネルにおける設備の省電力化を図ることができる施工中トンネルの発電方法および施工中トンネルの発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明の施工中トンネルの発電方法は、トンネルの切羽近傍の空気をトンネルの抗口外側に排気するに際して、前記トンネルの坑道に沿って切羽近傍から抗口外側まで延在する排気風管と、前記切羽近傍の空気を前記排気風管を通して前記坑道の外部に排気する送風機と、前記排気風管を流通する空気により回転駆動されるファンおよび前記ファンの回転により発電する発電機を有する発電装置とを設け、前記排気風管に、切羽近傍に位置する吸気口と、前記抗口の外側に位置する排気口とを設け、前記発電装置を、前記ファンが前記排気口から排出される空気によって回転駆動される第１の位置と、前記ファンが前記坑道外の野外を流れる外気によって回転駆動される第２の位置との間で移動させるようにしたことを特徴とする。
また、本発明の施工中トンネルの風力発電システムは、トンネルの坑道に沿って切羽近傍から抗口外側まで延在する排気風管と、前記切羽近傍の空気を前記排気風管を通して前記坑道の外部に排気する送風機と、前記排気風管を流通する空気により回転駆動されるファンおよび前記ファンの回転により発電する発電機を有する発電装置とを備え、前記排気風管は、切羽近傍に位置する吸気口と、前記抗口の外側に位置する排気口とを有し、前記発電装置を、前記ファンが前記排気口から排出される空気によって回転駆動される第１の位置と、前記ファンが前記坑道外の野外を流れる外気によって回転駆動される第２の位置との間で移動させる発電装置用移動機構が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来、何ら利用されることが無かった、施工中のトンネルにおける換気に伴う空気の流れのエネルギーを有効に再利用して発電を行うことにより施工中のトンネルにおける設備の省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態の施工中トンネルの発電システム２０の構成を示す説明図である。
【図２】第２の実施の形態の施工中トンネルの発電システム２０の構成を示す説明図である。
【図３】第３の実施の形態の施工中トンネルの発電システム２０の構成を示す説明図である。
【図４】第４の実施の形態の施工中トンネルの発電システム２０の構成を示す説明図である。
【図５】（Ａ）は接続部４８の構成を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図である。
【図６】第５の実施の形態の施工中トンネルの発電システム２０の構成を示す説明図である。
【図７】第６の実施の形態の施工中トンネルの発電システム２０の構成を示す説明図である。
【図８】第７の実施の形態の施工中トンネルの発電システム２０の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
次に本発明の実施の形態の施工中トンネルの発電システムと施工中トンネルの発電方法について図１を参照して説明する。
図１に示すように、地山１０を水平方向に掘削することによりトンネル１２が施工される。
トンネル１２の坑道１４は、抗口１６を介して野外に面しており、坑道１４の前端は切羽１８となっている。
施工中トンネルの発電システム２０は、排気風管２２と、送風機２４と、発電装置２６とを含んで構成されている。
【０００９】
排気風管２２は、坑道１４に沿って切羽１８近傍から抗口１６の外側まで延在して設けられている。
排気風管２２は、切羽１８近傍に位置する吸気口２２０２と、抗口１６の外側に位置する排気口２２０４とを有している。
排気風管２２の内径は、例えば１５００ｍｍ程度であり、合成樹脂など従来公知の様々な材料で構成されており、坑道１４の天井に対して不図示の取り付け部材を介して取り付けられている。
【００１０】
送風機２４は、切羽１８近傍の空気を排気風管２２を通して坑道１４の外部に排気するものである。
本実施の形態では、送風機２４は、吸気口２２０２近傍の排気風管２２の内部に組み込まれており、送風機２４は、モータと該モータによって回転駆動されるファンとを備えている。
モータを駆動する電力は、例えば、トンネル外に設けられた受電設備から供給される。
なお、送風機２４を設ける位置は限定されるものではなく、例えば、送風機２４を排気風管２２の中間箇所に設けても、吸気口２２０２の直前に設けてもよい。
【００１１】
発電装置２６は、ファン２６０２と、発電機２６０４とを含んで構成されている。
ファン２６０２は、排気風管２２を流通する空気により回転駆動されるものである。
発電機２６０４は、回転軸を介してファン２６０２に連結され、ファン２６０２の回転により発電するものである。発電機２６０４の発電量は例えば６００ＫＷである。
このような発電装置２６として、従来公知の風力発電に使用されている水平軸風車型などの様々な発電装置２６が使用可能である。
本実施の形態では、図１に示すように、発電機２６０４が、抗口１６に設けられた支持柱２８に取着された支持アーム３０によって支持されており、これにより発電装置２６は、ファン２６０２が排気口２２０４から排出される空気によって回転駆動される位置に設けられている。より詳細には、ファン２６０２の回転中心と排気口２２０４の中心とが一致あるいは略一致するように設けられている。
【００１２】
坑道１４内部には、制御盤３２と、バッテリー３４と、複数の照明装置３６とが設けられている。
制御盤３２は、発電機２６０４、バッテリー３４および複数の照明装置３６にそれぞれケーブル３８、４０、４２を介して接続されており、発電機２６０４から供給される電力をバッテリー３４に供給すると共に、バッテリー３４の電力を照明装置３６に配電するものである。
なお、制御盤３２は、バッテリー３４が満充電である場合には、発電機２６０４に制御信号を与えることでブレーキをかけて発電動作を停止させる機能を備えており、バッテリー３４の過充電防止が図られている。
バッテリー３４は、発電機２６０４によって発電された電力を充電するものである。
照明装置３６は、バッテリー３４から制御盤３２およびケーブル３８を介して供給される電力により坑道１４内に照明光を照射するものであり、本実施の形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いており、例えば消費電力は４０Ｗである。
照明装置３６は、発光ダイオード以外を用いたものであってもよいが、発光ダイオードを用いると、省電力化を図る上で有利となる。
【００１３】
次に、発電システム２０の作用効果について説明する。
送風機２４が動作すると、切羽１８近傍の塵埃などを含んだ空気が吸引口２２０２から吸引され、排気風管２２を通して排気口２２０４から抗口２２０４の外側に排気される。
発電装置２６のファン２６０２は抗口２２０４から排気される空気の流れによって回転駆動され、これにより発電機２６０４が電力を発電する。
発電された電力は、ケーブル３８、配電盤３２、ケーブル４０を介してバッテリー２４に充電される。バッテリー２４に蓄えられた電力は配電盤３２からケーブル４２を介して各照明装置３６に供給され、これにより照明装置３６が動作して坑道１４内を照明する。
なお、発電した電力は、照明装置３６以外にも、トンネル１２の施工にまつわる様々な設備の電力として使用することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、トンネル１２の切羽１８近傍の空気をトンネル１２の抗口１６外側に排気するに際して、排気の流れによりファン２６０２を回転駆動して発電を行うようにした。
したがって、従来、何ら利用されることが無かった、施工中のトンネル１６における換気に伴う空気の流れのエネルギーを有効に再利用して発電を行うことにより施工中のトンネル１６における設備の省電力化を図ることができる。
【００１４】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
図２に示すように、第２の実施の形態は、発電装置２６を排気風管２２の内部の箇所に設けた点が第１の実施の形態と異なり、それ以外は第１の実施の形態と同様である。
なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部分、部材については同一の符号を付してその説明を省略し、あるいは、簡単に行う。
第２の実施の形態では、発電装置２６を排気口２２０４近傍の排気風管２２の内部の箇所に設けている。
この場合、発電機２６０４は支持部材４４を介して排気風管２２の内部に支持されている。
したがって、排気風管２２の内部を流れる空気がファン２６０２から外れることなく確実にファン２６０２に向かって流れ、この空気の流れによりファン２６０２が回転駆動され、発電機２６０４によって発電がなされる。
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、空気の流れを無駄にすることなくファン２６０２を回転駆動させることができるので、空気の流れのエネルギーを効率良く電力に変換する上でより有利となる。
【００１５】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、第２の実施の形態の変形例であり、発電装置２６が排気風管２２の内部で、かつ、排気風管２２の延在方向の中間の箇所に設けられている点が第２の実施の形態と異なっている。
このような第３の実施の形態においても第２の実施の形態と同様の効果が奏される。
【００１６】
（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態について説明する。
図４に示すように、排気風管２２は、複数の管体４６と、管体４６同士を接続する複数の接続部４８とを有している。
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、接続部４８は、例えば、合成樹脂などによって管体４６と同様の断面形状を有する筒状に形成され、管体４６と同一あるいはほぼ同じ内径を有している。
本実施の形態では、接続部４８と管体４６とは、面ファスナーを用いて脱着可能に接続される。接続部４８と管体４６とを接続する構造としては、面ファスナーを用いる他、接続部４８と管体４６とをはめ込む構造など、従来公知の様々な接続構造が使用可能である。
複数の接続部４８には発電装置２６がそれぞれ設けられている。
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、発電装置２６は、発電機２６０４と接続部４８とが複数の接続部材５０によって接続されることで、接続部４８に取着されている。
このように、複数の接続４８に発電装置２６が設けられることによって、発電装置２６は、排気風管２２に沿って間隔をおいて複数配置される。
また、本実施の形態では、図４に示すように、発電装置２６毎に、制御盤３２と、バッテリー３４と、複数の照明装置３６とが設けられている。
【００１７】
第４の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、管体４６を接続する接続部４８に発電装置２６を設けるようにしたので、専用の支持部材を用意する必要がなく、発電装置２６の設置を低コストで簡単に行う上で有利となる。
また、管体４６に接続部４８を介して管体４６を接続することで排気風管２２を延長する作業と同時に発電装置２６の増設を行うことができるため、作業工数の低減を図る上でも有利となる。
また、坑道１４が延びるに従って、発電装置２６を増設することで発電量を増やすことができるため、坑道１４内に設置される設備の増設に的確に対応することができる。
また、発電装置２６毎に、制御盤３２と、バッテリー３４と、複数の照明装置３６と、ケーブル３８、４０、４２とを含むひとまとまりのグループが構成されるため、１つのグループにおいて故障が生じても、他のグループには影響が生じないため、故障発生時のリスクを分散する上で有利となる。
【００１８】
（第５の実施の形態）
次に第５の実施の形態について説明する。
上述した第１乃至第４の実施の形態では、発電装置２６によって発電した電力を供給する設備が照明装置３６である場合について説明した。
図６に示すように、第５の実施の形態は第１の実施の形態の変形例であり、発電装置２６で発電した電力を照明装置３６と送風機２４とに供給するようにしたものである。
すなわち、バッテリー３４に蓄えられた電力は、制御盤３２からケーブル４２を介して照明装置３６に供給されると共に、制御盤３２からケーブル５２を介して送風機２４のモータに供給される。
送風機２４は、前述したように図外の受電設備から供給される電力で動作するものであるが、このように発電装置２６で発電した電力が供給されると、その分だけ受電設備から送風機２４に供給する電力が低減される。
第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果が奏されることは無論のこと、前記受電設備から送風機２４に供給する電力を節約することができ、省電力化を図ることができる。
【００１９】
（第６の実施の形態）
次に第６の実施の形態について説明する。
図７に示すように、第６の実施の形態は第１の実施の形態の変形例であり、発電装置２６で発電した電力を照明装置３６とトンネル１２の施工に用いる様々な設備とに供給するようにしたものである。
すなわち、バッテリー３４に蓄えられた電力は、制御盤３２からケーブル４２を介して照明装置３６に供給されると共に、制御盤３２からケーブル５４を介して各種設備に供給される。
各種設備としては、坑内作業用の電動工具５６（切削工具、溶接工具など）、坑内排水ポンプ５８などが例示される。
もともと、電動工具５６や坑内排水ポンプ５８は、前述したように図外の受電設備から供給される電力で動作するものであるが、このように発電装置２６で発電した電力が供給されると、その分だけ受電設備からそれら設備に供給する電力が低減される。
第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果が奏されることは無論のこと、前記受電設備から各種設備に供給する電力を節約することができ、省電力化を図ることができる。
【００２０】
（第７の実施の形態）
次に第７の実施の形態について説明する。
図８に示すように、第７の実施の形態は、第１の実施の形態の変形例であり、発電装置２６のファン２６０２を、排気風管２２の排気口２２０４から排出される空気と、坑道外の野外を流れる外気との何れかを選択して回転駆動させるようにしたものである。
すなわち、発電装置２６を、ファン２６０２が排気口２２０４から排出される空気によって回転駆動される第１の位置Ｐ１と、ファン２６０２が坑道１４外の野外を流れる外気によって回転駆動される第２の位置Ｐ２との間で移動させる発電装置用移動機構６０が設けられている。
発電装置用移動機構６０は、支持アーム３０と発電機２６０４との間に設けられている。
発電装置用移動機構６０は、例えば、鉛直方向に延在する送りねじと、送りねじを正逆回転させるモータと、送りねじに螺合された雌ねじを有し発電機２６０４に結合されたスライド部材などを含んで構成されている。
発電装置用移動機構６０は、モータを正逆回転させることにより発電装置２６を第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とにわたって移動させる。
そして、トンネル１２の施工中は、送風機２４が稼働しているので、発電装置用移動機構６０を用いて発電装置を第１の位置Ｐ１に位置させて排気風管２２の排気口２２０４から排気される空気を利用して発電装置２６による発電を行う。
トンネル１２の施工が停止されている期間（休日など）は、送風機２４が休止しているので、発電装置用移動機構６０を用いて発電装置を第２の位置Ｐ２に位置させて坑道外の野外を流れる外気を利用して発電装置２６による発電を行う。
第７の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、送風機２４が休止している場合であっても野外の空気の流れのエネルギーを利用して発電を行うことができるため、送風機２４が休止していても、設備に対する電力供給を維持しつつ設備の省電力化を図ることができる。
【符号の説明】
【００２１】
１０……地山、１２……トンネル、１４……坑道、１６……抗口、１８……切羽、２０……施工中トンネルの発電システム、２２……排気風管、２２０２……吸入口、２２０４……排気口、２６……発電装置、２６０２……ファン、２６０４……発電機、３６……照明装置、４６……管体、４８……接続部、５６……電動工具、５８坑内排水ポンプ、６０……発電装置用移動機構。
【図１】
0005865023.tif 000002
【図２】
0005865023.tif 000003
【図３】
0005865023.tif 000004
【図４】
0005865023.tif 000005
【図５】
0005865023.tif 000006
【図６】
0005865023.tif 000007
【図７】
0005865023.tif 000008
【図８】
0005865023.tif 000009