(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内の窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去システムであって、
活性炭を成分の一つとして窒素酸化物を除去し、かつ繰り返し再生が必要な脱硝装置と、前記脱硝装置が吸引した窒素酸化物累積流入量を演算する演算装置を備え、
前記窒素酸化物累積流入量と予め設定した窒素酸化物累積流入量上限との比較により、脱硝装置の再生時期を判定し、
前記窒素酸化物累積流入量を表示する表示装置を備え、
前記脱硝装置の運転時間と、前記窒素酸化物累積流入量から、窒素酸化物累積流入量上限値に到達する時期を予測して、前記再生予測時期を表示装置に表示することを特徴とする、窒素酸化物除去システム。
【請求項２】
トンネル内の窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去システムであって、
活性炭を成分の一つとして窒素酸化物を除去し、かつ繰り返し再生が必要な脱硝装置と、前記脱硝装置が吸引した窒素酸化物累積流入量を演算する演算装置を備え、
前記窒素酸化物累積流入量と予め設定した窒素酸化物累積流入量上限との比較により、脱硝装置の再生時期を判定し、
前記窒素酸化物累積流入量を記録する記録装置を備え、
前記脱硝装置の運転時間と、前記窒素酸化物累積流入量から、窒素酸化物累積流入量上限値に到達する時期を予測して、前記再生予測時期を記録装置に記録することを特徴とする、窒素酸化物除去システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車道路や鉄道等の車両が走行するトンネル内の窒素酸化物を除去する脱硝装置の再生時期判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や鉄道等の走行車両から排出される窒素酸化物（ＮＯX）は、人の健康に悪影響を与える恐れがあるため、ＮＯXのうち二酸化窒素（ＮＯ2）については、環境基準で上限濃度が定められている。近年、トンネル周辺環境に配慮し、トンネル内を走行する車両から排出されるＮＯXがそのままトンネル坑口から流出しないように、トンネル内空気を浄化する窒素酸化物除去システムを導入する事例が増えてきた。
【０００３】
これらの導入された窒素酸化物除去システムは、ほとんどが活性炭を成分の一つとした脱硝装置を用いている。脱硝装置の一例が特許文献１（特開平９−１２２４８３号公報）で開示されている。活性炭を用いた脱硝装置は、空気中のＮＯ2を脱硝装置内部に取り込んで除去するため、脱硝装置内部に蓄積されたＮＯ2（またはその化合物）が多くなるほどＮＯ2除去率は低下する。
【０００４】
トンネル内換気用に導入された脱硝装置は、ＮＯ2を９０％以上除去することを求められることが多く、これを継続的に実現するためには脱硝装置を繰り返し再生する必要がある。再生方法の一例が特許文献２（特開平７−８８３２８号公報）で開示されている。
【０００５】
尚、ＮＯXは一酸化窒素（ＮＯ）とＮＯ2を総称するものであり、活性炭を用いた脱硝装置は主にＮＯ2を除去するものであるが、特許文献３（特開平７−８８３２６号公報）で開示されているように、脱硝装置流入側においてＮＯをＮＯ2に酸化させることによって、ＮＯ濃度を削減することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１２２４８３号公報
【特許文献２】特開平７−８８３２８号公報
【特許文献３】特開平７−８８３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
再生時期を判定するために、従来は脱硝装置の流入側と流出側にＮＯX計を設け、流入側と流出側のＮＯ2濃度の比からＮＯ2除去率を求め、このＮＯ2除去率が管理目標値を下回らないように再生を行うという考え方を取り入れていた。
【０００８】
しかしながら、ＮＯX計により算出される日々のＮＯ2除去率は実際には様々な要因により変動（上下）する。このため、たとえＮＯ2除去率が管理目標値を下回ったとしても、それが一時的なものか継続的に発生するものかを判断するのが非常に難しかった。
【０００９】
ＮＯ2除去率が変動する一例を説明するために、表１にＮＯX計の代表的な仕様を示す。
【００１０】
【表１】
0005807147.tif 000002
【００１１】
一般にトンネル内のＮＯX濃度はおよそ１ｐｐｍ、ＮＯ2濃度はおよそ０．１ｐｐｍとされている。流入ＮＯ2濃度が０．１ｐｐｍで脱硝装置のＮＯ2除去率が９０％の場合、流出ＮＯ2濃度は０．０１ｐｐｍとなるが、ＮＯX計が表１に示す測定精度を有する場合、ＮＯX計で検出される流入ＮＯ2濃度は（０．１±０．００１±０．００１±０．００１±０．００２）ｐｐｍ、流出ＮＯ2濃度は（０．０１±０．００１±０．００１±０．００１±０．００２）ｐｐｍとなる。すなわち０．１ｐｐｍの流入ＮＯ2濃度は０．０９５〜０．１０５ｐｐｍの範囲内で検出される可能性があり、０．０１ｐｐｍの流出ＮＯ2濃度は０．００５〜０．０１５ｐｐｍの範囲内で検出される可能性がある。これはＮＯ2除去率が９０％に対して８４．２〜９５．２％の範囲内で変動する可能性があることを示している。
【００１２】
尚、化学発光法を用いたＮＯX計はＮＯ2濃度を直接測定するものではなく、ＮＯX濃度とＮＯ濃度をそれぞれ測定し、ＮＯX濃度からＮＯ濃度を引くことによりＮＯ2濃度を求めている。このため、トンネル内のようにＮＯ2濃度がＮＯX濃度の１割程度の場合、脱硝装置流出側もＮＯX濃度としては脱硝装置流入側の９割程度あるため、脱硝装置流出側のみ測定レンジを大幅に小さくすることはできない。
【００１３】
また、ＮＯX計の測定精度以外にも、処理風量の変動等による脱硝装置そのもののＮＯ2除去率の変動も発生する。
【００１４】
これら複数の要因により実設備におけるＮＯ2除去率は、長期間で見ても徐々に低下するという明確な傾向を読み取ることが難しく、このためＮＯ2除去率が管理目標値を下回る時期を実設備で精度良く把握することが困難であったが、具体的な解決方法についてはこれまで明示されてこなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明の窒素酸化物除去システムは、活性炭を成分の一つとして窒素酸化物を除去し、かつ繰り返し再生が必要な脱硝装置と、前記脱硝装置が吸引した窒素酸化物累積流入量を演算する演算装置を備え、前記窒素酸化物累積流入量と予め設定した窒素酸化物累積流入量上限との比較により、脱硝装置の再生時期を判定し、前記窒素酸化物累積流入量を表示する表示装置を備え、前記脱硝装置の運転時間と、前記窒素酸化物累積流入量から、窒素酸化物累積流入量上限値に到達する時期を予測して、前記再生予測時期を表示装置に表示することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項２記載の本発明は、トンネル内の窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去システムであって、活性炭を成分の一つとして窒素酸化物を除去し、かつ繰り返し再生が必要な脱硝装置と、前記脱硝装置が吸引した窒素酸化物累積流入量を演算する演算装置を備え、前記窒素酸化物累積流入量と予め設定した窒素酸化物累積流入量上限との比較により、脱硝装置の再生時期を判定し、前記窒素酸化物累積流入量を記録する記録装置を備え、脱硝装置の運転時間と、窒素酸化物累積流入量から、窒素酸化物累積流入量上限値に到達する時期を予測して、前記再生予測時期を記録装置に記録することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、脱硝装置の再生時期と強い相関がある窒素酸化物累積流入量から再生時期を判定するため、再生時期をより簡便に、かつ精度良く判定することができるとともに、窒素酸化物累積流入量上限値に到達する時期を予測することができるため、再生が必要なおよその時期を予め把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施例による窒素酸化物除去システムを示す概要図
【図２】本実施例による窒素酸化物除去システムの表示装置の画面例を示す図
【図３】本実施例による再生時期の判定方法を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の第１の実施の形態による窒素酸化物除去システムは、活性炭を成分の一つとして窒素酸化物を除去し、かつ繰り返し再生が必要な脱硝装置と、前記脱硝装置が吸引した窒素酸化物累積流入量を演算する演算装置を備え、前記窒素酸化物累積流入量と予め設定した窒素酸化物累積流入量上限との比較により、脱硝装置の再生時期を判定するものである。本実施の形態によれば、脱硝装置の再生時期と強い相関がある窒素酸化物累積流入量から再生時期を判定するため、再生時期をより簡便に、かつ精度良く判定することができる。また、前記窒素酸化物累積流入量を表示する表示装置を備え、前記脱硝装置の運転時間と、前記窒素酸化物累積流入量から、窒素酸化物累積流入量上限値に到達する時期を予測して、前記再生予測時期を表示装置に表示するため、窒素酸化物累積流入量の現在値を常に把握することができるとともに、再生が必要なおよその時期を予め把握することができる。
【００４４】
本発明の第２の実施の形態による窒素酸化物除去システムは、トンネル内の窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去システムであって、活性炭を成分の一つとして窒素酸化物を除去し、かつ繰り返し再生が必要な脱硝装置と、前記脱硝装置が吸引した窒素酸化物累積流入量を演算する演算装置を備え、前記窒素酸化物累積流入量と予め設定した窒素酸化物累積流入量上限との比較により、脱硝装置の再生時期を判定し、前記窒素酸化物累積流入量を記録する記録装置を備え、脱硝装置の運転時間と、窒素酸化物累積流入量から、窒素酸化物累積流入量上限値に到達する時期を予測して、前記再生予測時期を記録装置に記録するものである。本実施の形態によれば、再生が必要なおよその時期を予め把握することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の一実施例について図面に基づいて説明する。尚、実施例ではＮＯX中のＮＯ2を対象として説明するが、本発明の対象をＮＯX中のＮＯ2に限定することを意図するものではない。また、実施例は実際の実施方法に基いて説明しているが、説明の中で用いる各種数値は例示である。
【００４６】
図１は、本実施例による窒素酸化物除去システムを示す概要図である。１はトンネル本坑、２はトンネル本坑１内と連通する吸込口３と吐出口４を有した換気ダクト、５は換気ダクト２に設けられた脱硝装置、６はトンネル本坑１から換気ダクト２内の脱硝装置５へ汚染空気を供給する送風機、７は窒素酸化物除去システムの運転を制御する制御盤、８はＮＯ2累積流入量を演算する演算装置、９は脱硝装置流入側のＮＯ2濃度を検出する流入側ＮＯX計、１０はトンネル本坑１内の交通量を検出する交通量計、１１はトンネル本坑１内の空気の光透過率を検出する光透過率計、１２はＮＯ2累積流入量を表示する表示装置、１３はＮＯ2累積流入量をリセットする入力装置、１４はＮＯ2累積流入量を記録する記録装置、１５は脱硝装置５が再生時期に到達したことを外部に送信する外部出力装置、１６は脱硝装置流出側のＮＯ2濃度を検出する流出側ＮＯX計である。尚、図１では、脱硝装置５を通過した空気をトンネル本坑１に戻しているが、トンネル本坑１に戻さずそのままトンネル外へ排気する場合もある。
【００４７】
上記構成において、脱硝装置５と送風機６が運転されると、トンネル本坑１内の汚染空気が吸込口３より換気ダクト２内に吸込まれ、脱硝装置５によりトンネル本坑１内のＮＯ2は脱硝装置５で除去される。演算装置８は、制御盤７より脱硝装置５の処理風量と運転時間を取得し、脱硝装置５の流入側に設置した流入側ＮＯX計９よりＮＯ2濃度を取得し、これらの積によりＮＯ2累積流入量を演算する。演算したＮＯ2累積流入量と予め設定したＮＯ2累積流入量上限との比較により、脱硝装置が再生時期に到達したか否かを判定する。
【００４８】
また、図２は、本実施例による窒素酸化物除去システムの表示装置１２の画面例を示す図である。図２では、脱硝装置５の処理風量、累積運転時間、ＮＯ2流入濃度、ＮＯ2流出濃度、ＮＯ2除去率、ＮＯ2累積流入量、ＮＯ2累積流入量上限、再生後稼動開始日、現在日、再生予測時期を表示している。画面上の数値は定期的、例えば１分毎に更新する。
【００４９】
また、図３は、本実施例による再生時期の判定方法を説明する図である。
【００５０】
図１、図２、図３を用いて具体的に再生時期の判定方法を説明する。
【００５１】
まず、ＮＯ2累積流入量上限の決定方法について説明する。活性炭を用いた脱硝装置は、空気中のＮＯ2を脱硝装置内部に取り込んで除去するため、脱硝装置内部に蓄積されたＮＯ2、またはその化合物が多くなるほどＮＯ2除去率は低下する。つまり、ＮＯ2除去率はＮＯ2累積流入量に応じて変化する。そこで、ＮＯ2累積流入量とＮＯ2除去率の関係を予め把握しておく。
【００５２】
ＮＯ2累積流入量とＮＯ2除去率の関係は、実験設備を用いて求める。実験設備は、脱硝装置５の通風断面積以外の条件を実設備と合わせる。例えば１０ｍ3／ｓの実設備に対して、実験設備は１ｍ3／ｓ（１／１０のスケールダウン）を用意する。
【００５３】
実設備の場合、ＮＯ2は走行車両の排出ガス中に含まれるが、実験設備ではガスボンベと精密流量計を用いてＮＯ2を供給する。これにより、ＮＯ2を一定の濃度で供給することができる。また、実設備では排出ガス中にはＮＯとＮＯ2が含まれるが、実験設備ではＮＯ2のみ供給する。これにより、ＮＯX計のＮＯX測定レンジとＮＯ2測定レンジを一致させることができる。
【００５４】
ここで、ＮＯ2流入濃度は１ｐｐｍとし、流入側ＮＯX計の測定レンジも１ｐｐｍとする。脱硝装置のＮＯ2除去率が９０％以上であれば、脱硝装置流出側のＮＯ2濃度は０．１ｐｐｍ以下となるため、流出側ＮＯX計１６の測定レンジは０．１ｐｐｍとする。この条件で、ＮＯX計が表１に示す測定精度を有する場合、ＮＯX計で検出される流入ＮＯ2濃度は（１±０．０１±０．０１±０．００１±０．０２）ｐｐｍ、流出ＮＯ2濃度は（０．１±０．００１±０．００１±０．００１±０．００２）ｐｐｍとなる。すなわち１ｐｐｍの流入ＮＯ2濃度は０．９５９〜１．０４１ｐｐｍの範囲内で検出される可能性があり、０．１ｐｐｍの流出ＮＯ2濃度は０．０９５〜０．１０５ｐｐｍの範囲内で検出される可能性がある。これはＮＯ2除去率が９０％に対して８９．１〜９０．９％の範囲内で変動する可能性があることを示している。課題部分で示した実設備例では、ＮＯ2除去率は９０％に対して約１０％変動する可能性があることを示したが、実験設備で理想的な測定環境を整えることによって、変動範囲を２％以内に抑えることができる。このような条件で、実験設備のＮＯ2除去率が９０％を下回るまでに３３３時間要したとすると、ＮＯ2累積流入量上限は、実験設備の処理風量１ｍ3／ｓと、ＮＯ2流入濃度１ｐｐｍと、運転時間３３３時間の積から１．２ｍ3となる。実設備の処理風量は、実験設備の処理風量の１０倍のため、実設備のＮＯ2累積流入量上限は１２ｍ3となる。
【００５５】
次に、演算装置８におけるＮＯ2累積流入量の演算方法について説明する。脱硝装置５の処理風量が１０ｍ3／ｓ、運転時間が３１７５時間、ＮＯ2流入濃度平均が０．１ｐｐｍとすると、ＮＯ2累積流入量は、これらの積の１１．４３ｍ3となる。この値は、ＮＯ2累積流入量上限の１２ｍ3よりも小さいため、この時点ではまだ再生時期には到達していないと判断できる。尚、実設備ではＮＯ2流入濃度と処理風量は時間により変化するため、ＮＯ2累積流入量は、定期的、例えば１分毎にＮＯ2流入濃度と処理風量の平均値を求め、その積から毎分のＮＯ2流入量を求めた上で、毎分のＮＯ2流入量を加算することにより求める。
【００５６】
次に、ＮＯ2流入濃度の取得方法について説明する。ＮＯ2流入濃度は脱硝装置５の流入側に設けた流入側ＮＯX計９の検出値を取得するのが最も精度が良い。一方で、流入側ＮＯX計９は高価でメンテナンス頻度も高いため、流入側ＮＯX計９を用いずにＮＯ2流入濃度を取得する方法も選択肢として考えられる。一般に窒素酸化物除去システムが導入されるトンネルには、トンネル用の他設備で交通量計１０や光透過率計１１が設置されている場合が多い。これらからの取得情報を用いることで流入側ＮＯX計９を省略することが可能である。
【００５７】
交通量計１０からの交通量情報を用いる場合、車両１台あたりのＮＯ2排出量を設定しておき、これと交通量の積からおよそのＮＯ2流入濃度を把握することが可能である。
【００５８】
光透過率計１１からの光透過率は、一般に煤煙濃度の対数に比例すると言われている。よって、まず光透過率から煤煙濃度を演算することができる。一方で、車両１台あたりの煤煙排出量とＮＯ2排出量は比例関係にあると考えられるため、演算により求めた煤煙濃度に対し、ＮＯ2濃度への換算係数をかけることによって、およそのＮＯ2流入濃度を把握することが可能である。
【００５９】
次に、表示装置１２について説明する。図２に示すように、ＮＯ2累積流入量を表示することで演算装置８の判断根拠を視覚的に確認することができる。
【００６０】
また、ＮＯ2累積流入量の「リセット」を押すことで、脱硝装置５の再生を行った際にＮＯ2累積流入量の演算を初期化することができる。尚、図２では、タッチパネル画面のような表示装置１２と入力装置１３が一体となった例を示しているが、表示装置１２と入力装置１３を個別に設けても良い。
【００６１】
また、表示装置１２にＮＯ2累積流入量上限を表示することで、ＮＯ2累積流入量上限とＮＯ2累積流入量の差異を視覚的に確認することができる。
【００６２】
また、ＮＯ2累積流入量上限の「変更」ボタンを押すことで、ＮＯ2累積流入量上限を変更することができる。これにより、管理目標値の変更等が発生した場合にも同じ判定方法で再生時期を変更できる。
【００６３】
また、図２に示す表示装置１２では、ＮＯ2累積流入量がＮＯ2累積流入量上限を上回った時点で、「脱硝装置再生」部分の「必要」を表示する。これにより、脱硝装置５の再生が必要か否かを視覚的に確認することができる。
【００６４】
また、表示装置１２に脱硝装置５の流出側のＮＯ2濃度を表示し、これとＮＯ2流入濃度の比から演算されるＮＯ2除去率を表示することで、ＮＯ2累積流入量とＮＯ2除去率の関係を検証することができる。実設備のＮＯ2除去率は、前述したように流入側ＮＯX計９の測定精度の影響で１０％程度変動する可能性がある。この場合、図３に示すようにＮＯ2除去率の明確な低下傾向を見出すのが困難な場合が多い。例えば、図２に示すように２００９年１０月１日のある１分間のＮＯ2除去率が８７％（管理目標値９０％）だったとする。図３に示すＮＯ2除去率の推移だけを見た場合、脱硝装置５が再生時期に達したのか、それとも一時的なＮＯ2除去率の低下なのかの判断が非常に難しい。そこで、ＮＯ2累積流入量に着目すると、ＮＯ2累積流入量は１１．４３ｍ3であり、上限の１２ｍ3よりも小さいため、ＮＯ2除去率の低下は一時的なものであると推察することができる。
【００６５】
ここまでで説明した情報を用いると、脱硝装置５のおよその再生時期を予測することが可能である。図３に示すように、ある時点でのＮＯ2累積流入量（縦軸）と、その時点までの脱硝装置５の稼動期間（横軸）から、将来のＮＯ2累積流入量の上昇度合（傾き）を予測することができ、ＮＯ2累積流入量上限に達する時期も予測可能である。脱硝装置５の再生には事前準備が必要な場合が多く、再生時期を予測することによって準備期間を確保することができる。
【００６６】
次に、記録装置１４について説明する。図２に示すような表示と同様の項目を定期的、例えば１分毎に記録装置１４に記録することで、ＮＯ2累積流入量その他の推移を把握することができる。
【００６７】
次に、外部出力装置１５について説明する。ＮＯ2累積流入量がＮＯ2累積流入量上限を上回った時点で、外部出力装置１５から脱硝装置５の再生が必要であることを示す信号を送信する。これにより、脱硝装置５の再生が必要か否かを遠隔地で確認することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、自動車道路や鉄道等の車両が走行するトンネル内の窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去システムであって、活性炭を成分の一つとして窒素酸化物を除去し、かつ繰り返し再生が必要な脱硝装置に適している。
【符号の説明】
【００６９】
１    トンネル本坑
２    換気ダクト
３    吸込口
４    吐出口
５    脱硝装置
６    送風機
７    制御盤
８    演算装置
９    流入側ＮＯＸ計
１０  交通量計
１１  光透過率計
１２  表示装置
１３  入力装置
１４  記録装置
１５  外部出力装置
１６  流出側ＮＯＸ計
【図１】
0005807147.tif 000003
【図２】
0005807147.tif 000004
【図３】
0005807147.tif 000005