(57)【要約】【目的】電気集塵装置への印加電圧を制御する。【構成】電気集塵装置15は帯電部と集塵部とを備え，帯電部の放電極に高電圧を印加してコロナ放電を起こし，電気集塵装置15の入口から入る排気ガス中の粒子状物質を帯電させ，帯電した粒子状物質を集塵部の電極おいて捕集する。制御装置13では，予測交通量，ＣＯ値およびＶＩ値に基づいて換気風量が算出される。算出された換気風量に基づいて換気路に設けられる排風ファンの回転数が決定される。また制御装置13では，算出された換気風量に基づいて，電気集塵装置15において発生するオゾンのオゾン濃度が所定値以下となるように，電気集塵装置15に印加すべき印加電圧を決定する。【選択図】図４
2008196303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ放電により排気ガス中の粒子状物質に電荷を与える帯電部と，荷電粒子状物質を電気力により集塵する集塵部とを備え，少なくとも上記帯電部の放電極に印加する電圧が制御可能な電気集塵装置が，排気ガスが電気集塵装置の入口側から入り上記帯電部および集塵部を通過して出口側から出るように排気路に配置されており，
上記電気集塵装置の出口側のオゾン濃度が所定値以下となるように上記帯電部の放電極への印加電圧を決定する，電気集塵装置の制御方法。
【請求項２】
電気集塵装置内を通過する排気ガスの流量と，上記オゾン濃度が所定値以下であるという条件とによって定まる範囲内において上記放電極への印加電圧を決定する，請求項１に記載の電気集塵装置の制御方法。
【請求項３】
コロナ放電により排気ガス中の粒子状物質に電荷を与える帯電部と，荷電粒子状物質を電気力により集塵する集塵部とを備え，排気ガスが入口側から入り上記帯電部および集塵部を通過して出口側から出るように排気路に配置される電気集塵装置において，
少なくとも上記帯電部の放電極に印加される電圧を発生する高電圧発生回路，
上記電気集塵装置の出口側のオゾン濃度が所定値以下となるように上記帯電部の放電極への印加電圧を決定する印加電圧決定手段，および
上記印加電圧決定手段によって決定された印加電圧を上記高電圧発生回路が発生するように制御する電圧制御回路，
を備えた電気集塵装置の制御装置。
【請求項４】
上記印加電圧決定手段が，電気集塵装置内を通過する排気ガスの流量と，上記オゾン濃度が所定値以下であるという条件とによって定まる範囲内において上記放電極への印加電圧を決定するものである，請求項３に記載の電気集塵装置の制御装置。
【請求項５】
電気集塵装置の出口側のオゾン濃度を検出するオゾン濃度センサをさらに備え，
上記印加電圧決定手段は，上記オゾン濃度センサの検出出力に基づいて上記放電極への印加電圧を決定するものである，請求項３に記載の電気集塵装置の制御装置。
【請求項６】
上記電気集塵装置が，トンネルの換気システムにおけるガス排気路に設けられている，請求項３から５のいずれか一項に記載の電気集塵装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，電気集塵装置の制御方法および装置に関し，特に道路トンネル内の換気風量を制御または調整する換気装置の一部を構成し，粒子状物質を除去するための電気集塵装置の印加電圧の制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路トンネルの換気は，最も一般的には，道路トンネル内の汚染された空気（以下，ガスという）を外部に排出し（排風機の運転ないし制御），外気を道路トンネル内に取り入れる（送風機の運転ないし制御）ことにより行われる。換気装置の運転ないし制御（これらをまとめて制御という）は，主要には，送，排風機の制御といえる。
【０００３】
自動車の排ガスに含まれる煤煙には，ＮＯx ，ＣＯ，粒子状物質等の有害成分が含まれているので，道路トンネルの換気にはこれらの有害成分の除去が不可欠であり，そのために換気装置には除塵設備が含まれる。非特許文献１には，道路トンネルの換気装置の運転を制御する装置の構成例が示されている。これによれば，換気装置の制御装置は，煤煙透過率測定装置（ＶＩ計），一酸化炭素濃度測定装置（ＣＯ計），車種別交通量計数装置（ＴＣ），風向風速測定装置（ＡＶ計）等の各種検出装置の一または複数から得られるトンネル換気状態計測情報に基づいて，換気風量を決定し，送，排風機を制御する。
【０００４】
道路トンネルの換気ガスの除塵設備として，現状では不織布により粒子状物質を濾過除去する除塵フィルタが使われている。しかしながら，除塵フィルタは粒径の大きい粒子状物質の除去には適しているが，粒径の小さい（たとえば，粒子径10μｍ以下）粒子状物質（浮遊粒子状物質：ＳＰＭ（Suspended Particurate Matter））の除去率は低い。
【０００５】
一方，電気集塵装置はＳＰＭの除去に効果的である。電気集塵装置は帯電部と集塵部とを備えている。帯電部の放電極に高電圧を印加してコロナ放電を起こし，その中を通過するガス中の浮遊粒子状物質を含む粒子状物質に電荷を与え，帯電した粒子状物質を，集塵部において電気力（クーロン力など）を作用させることにより，捕集する。
【０００６】
しかしながら，電気集塵装置の帯電部におけるコロナ放電によって通過ガス中の酸素の一部がオゾンに変化し，自動車の排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）がオゾンとが反応することによってＮＯ2が発生する。ＮＯ2の排出は環境に悪い影響を与えるので，電気集塵装置の使用においてＮＯ2 の発生（すなわち，オゾンの発生）を極力抑えるようにすることが要請される。
【０００７】
【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」丸善株式会社出版事業部，平成７年６月２０日，ｐｐ．１９８−２１３
【発明の開示】
【０００８】
この発明は，電気集塵装置における除塵率を確保しながら，オゾンの発生を抑制する電気集塵装置の制御方法および装置を提供することを目的とする。
【０００９】
この発明による電気集塵装置の制御方法は，コロナ放電により排気ガス中の粒子状物質に電荷を与える帯電部と，荷電粒子状物質を電気力により集塵する集塵部とを備え，少なくとも上記帯電部の放電極に印加する電圧が制御可能な電気集塵装置が，排気ガスが電気集塵装置の入口側から入り上記帯電部および集塵部を通過して出口側から出るように排気路に配置されており，上記電気集塵装置の出口側のオゾン濃度が所定値以下となるように上記帯電部の放電極への印加電圧を決定するものである。決定した印加電圧が上記帯電部の放電極に印加されるように電気集塵装置における発生電圧が制御される。
【００１０】
この発明による電気集塵装置の制御装置は，コロナ放電により排気ガス中の粒子状物質に電荷を与える帯電部と，荷電粒子状物質を電気力により集塵する集塵部とを備え，排気ガスが入口側から入り上記帯電部および集塵部を通過して出口側から出るように排気路に配置される電気集塵装置において，少なくとも上記帯電部の放電極に印加される電圧を発生する高電圧発生回路，上記電気集塵装置の出口側のオゾン濃度が所定値以下となるように上記帯電部の放電極への印加電圧を決定する印加電圧決定手段，および上記印加電圧決定手段によって決定された印加電圧を上記高電圧発生回路が発生するように制御する電圧制御回路を備えていることを特徴とする。
【００１１】
電気集塵装置には，放電極に負電圧を印加するタイプのものと，放電極に正電圧を印加するタイプのものとがあるが，いずれのタイプのものについてもこの発明を適用できる。また，電気集塵装置は，二段構造（荷電部と集塵部とが分離されている構造）のものであっても，一段構造（荷電部と集塵部とが同一空間に設けられている構造）ものであってもよい。
【００１２】
この発明は電気集塵装置の帯電部の放電極への印加電圧を制御するものであり，集塵部の電極への印加電圧の制御は考慮しなくてもよい。帯電部の放電極への印加電圧の制御にともなって集塵部の電極への印加電圧も変化してしまうタイプのものでも，この発明は適用可能である。その場合には，集塵部の印加電圧変化を考慮して帯電部の放電極の印加電圧を決定すればよい。帯電部の放電極への印加電圧は，２段階，多段階，または連続的に変化するように制御される。
【００１３】
粒子状物質，ＮＯ等を含む排気ガスが電気集塵装置の帯電部および集塵部を通過する。帯電部への印加電圧を一定とすると，排ガスの通過速度（風量）が低速になるほど除塵率は高くなるが，発生するオゾンは高濃度（電気集塵装置の出口側において）になる。排気ガスの通過速度を一定とすると，帯電部への印加電圧が高いほど除塵率は高くなるが発生するオゾン濃度も高くなる。
【００１４】
この発明は，上記の現象を考慮して，電気集塵装置の出口側のオゾン濃度が所定値以下となるように帯電部の放電極への印加電圧を決定して制御するものであるが，印加電圧の決定には具体的にはいくつかの方法がある。その一つは電気集塵装置内を通過する排ガスの速度（風量）に応じて印加電圧を決定するものである。もう一つは，電気集塵装置の出口側のオゾン濃度を検出し，この検出値に基づいて印加電圧を決定するものである（フィードバック制御）。
【００１５】
電気集塵装置内を通過する排ガスの速度に応じて印加電圧を決定する態様では，電気集塵装置内を通過する排気ガスの流量と，上記オゾン濃度が所定値以下であるという条件とによって定まる範囲内において上記放電極への印加電圧を決定する。印加電圧の決定において，高い集塵率を確保するために，上記の条件の下でできるだけ高い印加電圧（印加電圧の絶対値が大きいという意味）を採用することが好ましい。たとえば，好ましい実施態様において，印加電圧を連続的に変化させるタイプのものでは，オゾン濃度が上記所定値になるように排気ガスの通過速度（流量）に応じて印加電圧が決定される。印加電圧を２段階または多段階に制御するタイプのものでは，２段階または多段階の各印加電圧において，排気ガス流量が最も小さいときにオゾン濃度が上記所定値になるように各印加電圧が決定される。印加電圧の決定はプログラムされたコンピュータによって行うことができる。印加電圧の決定とは，印加電圧値の決定のみならず，印加電圧に相当する，または印加電圧を表す信号またはデータの生成（決定）を含むのは当然である。
【００１６】
電気集塵装置内を通過する排気ガスの流量は，検出値でも指令値でもよい。すなわち，電気集塵装置の入口側または出口側を通過する排気ガスの流量を風速計で測定し，この測定値に基づいて排気ガス流量を得ることができる。または上述した非特許文献１に記載のように，換気装置の制御装置において換気風量を決定し，この換気風量が達成できるように，送，排風機を運転する場合に，決定した換気風量に基づいて電気集塵装置を通過する（すなわち電気集塵装置が配置された排気路）の排ガス風量を算出する。
【００１７】
一実施態様では，排気ガスの流量と，オゾン濃度との関係を印加電圧をパラメータとしてあらかじめ測定し，電気集塵装置の運転曲線を作成しておき，この運転曲線に基づいてオゾン濃度が所定値以下となるように帯電部の印加電圧を決定する。
【００１８】
電気集塵装置の出口側のオゾン濃度を検出し，この検出値に基づいて印加電圧を決定する場合には，電気集塵装置の出口側にオゾン濃度検出用のセンサを設け，このセンサの出力信号に基づいて検出したオゾン濃度が所定値以下となるように印加電圧を決定する。この態様においては，具体的実現形態では，フォードバック制御となることが多いので，印加電圧の決定はプログラム制御されるコンピュータやハードウエア回路により行うことができる。特にハードウエア回路により実現する場合には，印加電圧の決定と高電圧発生回路の発生電圧制御が回路上に明確に区分された回路部分で実現されるとは限らないので，印加電圧の決定は印加電圧に相当する，または印加電圧を表す（振幅のみならず，位相，タイミングで表す場合もある）信号の生成によって実現される。この場合にも，オゾン濃度が所定値以下で，かつ印加電圧ができるだけ高く（絶対値が大きく）なるように，印加電圧が定められる。
【００１９】
決定した印加電圧の切換は，自動的に行っても，手動で行ってもいずれでもよい。
【００２０】
以上のようにして，この発明によると，電気集塵装置の除塵率を確保し，オゾン濃度を所定値以下に抑えることができる。これによって，オゾンとＮＯとが反応して生成されるＮＯ2 の発生を極力少なくすることができる。上記の所定値はＮＯ2 の環境基準等を考慮して定めればよく，その極限値はＮＯ2 の許容限界または発生オゾンの許容限界である。上記所定値を許容値に設定してもよい。
【実施例】
【００２１】
図１は，道路トンネルの一部とそこに設けられた換気装置の一例を示すものである。
【００２２】
地中に道路トンネル１がつくられている。道路トンネル１内は車両が走行する。道路トンネル１には適当な間隔をおいて換気装置10が設けられている。換気装置10からは換気塔３が上方に延び，地上に出ている。換気塔３の地上に突出している部分には外気を取り入れる吸気口４および除塵された排気ガスを外部に排出する排気口５が形成されている。
【００２３】
道路トンネルは地中に設けられたもののみならず，地上に設けられ周囲が壁によって囲まれたものも含む。
【００２４】
換気装置には縦流換気方式，横流換気方式，半横流換気方式およびそれらの方式の組合せ等，種々のタイプのものがある。図２に示す換気装置10は，横流換気方式のものである。
【００２５】
換気塔３には，吸気口４につながる吸気路６と，排気口５につながる排気路７とが設けられている。吸気路６に設けられた送風ファン（送風機）20によって，吸気口４から吸気路６に大気が吸入される。排気路７に設けられた排風ファン（排風機）21によって，後述する電気集塵装置15によって除塵された排気ガスが排気路７を経て排気口５から排出される。
【００２６】
道路トンネル１の左右の壁に沿って，送気ダクト11と排気ダクト12とが設けられている。送風ファン20によって吸気口４，吸気路６を経て送気ダクト11に送られる外気が，送気ダクト11に所定間隔ごとにあけられた送気口からトンネル１内に供給される。排気ダクト12には所定間隔ごとに排気口があけられている。トンネル内の排気ガスが排気口から排風ファン21によって排気ダクト12に吸い込まれる。
【００２７】
排気ダクト12とつながる排気路７には，電気集塵装置15が設けられている。排気ダクト12に吸い込まれたトンネル内の排気ガスは，電気集塵装置15内を通過する。
【００２８】
電気集塵装置15は帯電部15Ａと集塵部15Ｂとを備えている（図３参照）。帯電部15Ａの放電極に高電圧を印加してコロナ放電を起こし，電気集塵装置15の入口側から入る排気ガス中の粒子状物質を帯電させる。集塵部15Ｂの電極にも高電圧が印加され，帯電部15Ａにおいて帯電した粒子状物質は集塵部15Ｂにおいてクーロン力等により電極に引き寄せられ捕集される。電気集塵装置15によってトンネル１内の排気ガスに含まれる粒子状物質が除去される。電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に印加される電圧は制御可能である。電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極への印加電圧の制御についての詳細は後述する。
【００２９】
電気集塵装置15から排出された排気ガス（処理済ガス）は，換気塔３の排気路７を通って排気口５から大気に放出される。
【００３０】
道路トンネル１内には，トンネル１内の排気ガスの状態（換気の状態）を監視するために，ＣＯ（一酸化炭素）計（一酸化炭素濃度測定装置）16およびＶＩ（Visiblity Index ）計（煤煙透過率測定装置）17が設けられている。また，道路トンネル１の入口付近には交通量計測のためのループコイル18が地中に埋められている。
【００３１】
ＣＯ計16はトンネル１内の一酸化炭素濃度を測定するものである。ＣＯ計16は，赤外線分析方式，水素炎イオン化検出方式，定電位電解方式等のいずれの方式のものでもよい。
【００３２】
ＶＩ計17はトンネル１内の煤煙濃度を測定するものである。煤煙を含む空気中における光の透過率によって煤煙濃度が表される。ＶＩ計17は投光部17ａと受光部17ｂを含み，投光部17ａおよび受光部17ｂ間の光の透過率が計測される。煤煙濃度（光の透過率）は，トンネル内の視界確保のための指標とされる。
【００３３】
ループコイル18は，車両感知器として用いられる。ループコイル18の出力はトラフィック・カウンタ（車種別交通量計数装置）19に送られる。トラフィック・カウンタ19において，ループコイル18の出力信号に基づいて，トンネル１を走行する車両台数，走行速度，走行する車両の大型または小型の区別等が検出される。ループコイル式に代えて，超音波式，光電式等のタイプの車両感知器を用いてもよい。トンネル１内には，この他に，必要に応じて，風向風速測定装置，その他の検出装置，計測装置が設けられる。
【００３４】
トンネル１内の凹所または操作空間内には制御装置13，高電圧発生装置14および送風ファン20，排風ファン21をそれぞれ駆動するモータ駆動回路31，32が設けられている。制御装置13は，次に説明するように，送風ファン20および排風ファン21による換気のための換気風量の算出，電気集塵装置15の帯電部15Ａに印加すべき印加電圧の決定，その他の処理を行うものである。制御装置13は好ましくはプログラムされたコンピュータにより実現される。高電圧発生装置14は制御装置13において決定された印加電圧を発生するものである。
【００３５】
図３は，制御装置13の機能ブロックおよび高電圧発生装置14の電気的構成を示すブロック図である。
【００３６】
トンネル１内に設けられたＣＯ計15およびＶＩ計16の計測値データは制御装置13に入力する。制御装置13ではトンネル１内のＣＯ濃度および煤煙濃度が逐次監視される（機能ブロック22）。
【００３７】
ループコイル18の出力に基づいてトラフィック・カウンタ19において得られる走行車両の台数，速度，大型または小型の区別等の検出結果データも，制御装置13に入力する。制御装置13では，トラフィック・カウンタ19の検出結果データに基づいて，トンネル１内を走行する大型車両の走行台数および小型車両の走行台数（以下，交通量という）の予測が行われる（機能ブロック23）。
【００３８】
たとえば，あらかじめパターン化交通量（平日，土曜日，休日のそれぞれについて５分間隔の時刻ごとの交通量）が用意され，このパターン化交通量とトラフィック・カウンタ19において検出される実測交通量とに基づいて，現在時刻から将来３０分間の交通量が予測される（長期予測交通量）。さらに，トラフィック・カウンタ19において検出される実測交通量に基づいて，現在時刻から将来５分間の交通量が予測される（短期予測交通量）。
【００３９】
予測交通量（長期および短期），ＣＯ計16によって測定されたＣＯ濃度およびＶＩ計17によって計測された煤煙濃度に基づいて，換気装置10における換気風量が演算（算出，決定）される（機能ブロック24）。
【００４０】
具体的には，ＣＯ濃度に基づく換気風量（ＣＯ換気風量）と，煤煙濃度に基づく換気風量（ＶＩ換気風量）とが求められ，これらの２つの換気風量のうち大きい方が採用される。たとえば，大型車両および小型車両のそれぞれの１台当たりのＣＯ発生量を定めておき，ＣＯ発生量と上述の長期予測交通量とを用いて予測ＣＯ発生量を計算する。計算された予測ＣＯ発生量とあらかじめ定められるＣＯ目標濃度とを用いて，予測ＣＯ濃度がＣＯ目標濃度以下となるような基準換気風量（ＣＯ）を算出する（車両の走行速度，トンネルの勾配，トンネル長等に応じて，基準換気風量（ＣＯ）を補正してもよい）。長期予測交通量を用いて得られた基準換気風量（ＣＯ）の誤差を少なくするために，１台当たりのＣＯ発生量，上述の短期予測交通量，ＣＯ目標濃度等を用いて補正用換気風量（ＣＯ）を算出し，算出された補正用換気風量（ＣＯ）を用いて上述の基準換気風量（ＣＯ）を補正する。さらに，補正された基準換気風量（ＣＯ）を実際のトンネル１内のＣＯ濃度に則したものとするために，ＣＯ計16によって計測された実測ＣＯ濃度とＣＯ目標濃度との差を算出し，得られた値に所定の係数を乗算することによってフィードバック補正換気量を計算し，補正された基準換気風量（ＣＯ）をフィードバック補正換気量を用いてさらに補正する。フィードバック補正後の換気風量が，ＣＯ濃度に基づく換気風量（ＣＯ換気風量）である。煤煙濃度に基づく換気風量（ＶＩ換気風量）についても同様にして求められる。ＣＯ濃度に基づく換気風量（ＣＯ換気風量）と煤煙濃度に基づく換気風量（ＶＩ換気風量）とが比較され，風量の大きい方が採用される。
【００４１】
上述の換気風量の算出に加えて，トラフィック・カウンタ19において検出される実測交通量に基づいて渋滞であるかどうかを判断し，渋滞であると判断した場合には，渋滞用の換気風量（あらかじめ定められた換気風量）を採用してもよい。
【００４２】
算出（採用）された換気風量に基づいて，送風ファン20および排風ファン21の運転を制御するためのパラメータが決定される（機能ブロック25）。たとえば，採用された換気風量を実現するように，送風ファン20および排風ファン21のそれぞれのファン回転数が決定される。
【００４３】
制御装置13からモータ駆動回路31，32に，決定された回転数を表す信号が送られる。モータ駆動回路31，32は，決定された回転数で回転するように送風ファン20，排風ファン21のモータをそれぞれ駆動する。
【００４４】
制御装置13ではさらに，算出された換気風量に基づいて，電気集塵機15の出口側におけるオゾン濃度が所定値以下となるように，電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に印加すべき印加電圧が決定される（機能ブロック26）。換気風量と印加電圧との関係については，後に詳細に述べる。
【００４５】
電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に印加すべき電圧が決定すると，決定された印加電圧値を表すデータ（電圧指令値）が高電圧発生装置14に与えられる。
【００４６】
高電圧発生装置14は，制御装置13によって決定された印加電圧を表すデータに基づいて，サイリスタの点弧位相（制御角）を制御するためのトリガパルスを発生するパルス発生器を含む制御信号発生回路27と，サイリスタを含み，制御信号発生回路27から与えられるトリガパルスに基づいて交流電圧（電力）を調整する電圧（電力）調整回路28と，変圧器，整流器等を含み調整された交流電圧に基づいて高電圧の直流電圧を発生する高電圧発生回路29とを含む。高電圧発生回路29において発生した高電圧が電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に印加される。このようにして，電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極には，制御装置13において換気風量に基づいて発生するオゾン濃度が所定値以下となるように，決定された印加電圧が印加される。制御信号発生回路27と電圧調整回路28とによって電圧制御回路が構成される。なお，集塵部15Ｂの電極に印加する高電圧の発生回路については公知の回路を用いることができるので図示が省略されている。
【００４７】
上述したように電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に高電圧が印加されコロナ放電が起こると，オゾンが発生する。電気集塵装置15の出口側におけるオゾン濃度は，帯電部15Ａへの印加電圧を一定とすると，排気ガスの通過速度（風量）が低速になるほど高濃度になる。また，排気ガスの通過速度を一定とすると，印加電圧が高いほどオゾン濃度は高くなる。これに対して，電気集塵装置15による粒子状物質の除塵率は，印加電圧を一定とすると排気ガスの通過速度が低速になるほど高くなる。排気ガスの通過速度を一定とすると印加電圧が高くなるほど除塵率は高くなる。
【００４８】
図４(A) は，電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に印加する電圧をパラメータとして（−10ｋＶ，−９ｋＶおよび−８ｋＶ），通過ガス速度（横軸）とオゾン濃度（電気集塵装置15の出口側における）（縦軸）との関係（運転曲線）の測定結果の一例を示すグラフである。図４(B) は，電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に印加する電圧をパラメータとして（−10ｋＶ，−９ｋＶおよび−８ｋＶ），通過ガス速度（横軸）と浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：Suspended Particurate Matter）除去率（縦軸）との関係（運転曲線）の測定結果の一例を示すグラフである。運転曲線中の太線は，次に説明する電気集塵装置15の帯電部15Ａへの印加電圧の制御を示すもの（以下，制御曲線という）である。通過ガス速度（横軸）は，排風ファン21によって電気集塵装置15を通過する排気ガスの速度である。通過ガス速度に代えて，換気風量（単位：ｍ3／ｓ） または排風ファン21のファン回転数（単位：ｒｐｍ）を横軸としても，同様の運転曲線が描かれる。
【００４９】
電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に高電圧が印加されると，帯電部15Ａにおいてコロナ放電が生じる。コロナ放電により，電気集塵装置15を通過する排気ガス中の酸素（Ｏ2） の一部がオゾン（Ｏ3） に変化し，排気ガス中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）とオゾン（Ｏ3） とが反応することにより一酸化窒素（ＮＯ）が二酸化窒素（ＮＯ2） に変化する。図４(A)，(B)を参照して，電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極への印加電圧を一定とすると，排気ガスの通過速度（風量）が低速になるほどＳＰＭ除去率（除塵率）は高くなるが（図４(B) ），発生するオゾンの濃度（電気集塵装置15の出口側において）は高くなる（図４(A) ）。排気ガスの通過速度を一定とすると，電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極への印加電圧が高いほどＳＰＭ除去率は高くなるが（図４(B) ），発生するオゾン濃度も高くなる（図４(A) ）。
【００５０】
上述したように，換気風量（通過ガス速度）は，予測交通量，ＣＯ値およびＶＩ値に基づいて算出される。制御装置13は，予測交通量，ＣＯ値およびＶＩ値に基づいて算出される換気風量（通過ガス速度）を前提として，電気集塵装置15の除塵率をできるだけ高い値に維持し，オゾン濃度を所定値以下に抑えられるように，電気集塵装置15の帯電部15Ａに印加する電圧を決定する。
【００５１】
電気集塵装置15の帯電部15Ａへの印加電圧の決定方法を，以下に，図４(A) および(B) に示す制御曲線（太線）を参照して説明する。図４(A) において電気集塵装置15の出口側のオゾン濃度の許容限界値を破線で示す。
【００５２】
予測交通量が多く，したがって通過ガス速度が高速のとき（たとえば，図４(A) および(B) において通過ガス速度がIII （ｍ／ｓ）よりも速い状態）には，電気集塵装置15内において発生するオゾンのオゾン濃度（ＮＯ2濃度） は比較的低い（許容限界値よりも低い）ので，−10ｋＶの比較的高い電圧が電気集塵装置15の帯電部15Ａに印加される（図４(A) ）。かなり高いＳＰＭ除去率が確保できる。
【００５３】
予測交通量が減少することによって通過ガス速度が遅くなると（換気風量が減少すると），−10ｋＶの印加電圧が加えられている電気集塵装置15において，オゾン濃度が許容限界値に近づいていく。オゾン濃度が許容限界値に達する通過ガス速度III （ｍ／ｓ）において，電気集塵装置15の帯電部15Ａへの印加電圧が，−10ｋＶから−９ｋＶに下げられる。印加電圧が低くなると通過ガス速度に対するオゾン濃度は低くなるので，通過ガス速度がIII （ｍ／ｓ）よりも遅くなったとしても，発生するオゾンのオゾン濃度（ＮＯ2 濃度） は許容限界値を超えない（図４(A) ，通過ガス速度がII〜III（ｍ／ｓ）の範囲）。
【００５４】
さらに予測交通量が減少することによって通過ガス速度がさらに遅くなると，−９ｋＶの印加電圧が加えられている電気集塵装置15において，オゾン濃度が許容限界値に近づいていく。オゾン濃度が許容限界値に達する通過ガス速度II（ｍ／ｓ）において，電気集塵装置15の帯電部15Ａへの印加電圧が，−９ｋＶから−８ｋＶに下げられる。発生するオゾンのオゾン濃度（ＮＯ2濃度） は許容限界値を超えない（図４(A) ，通過ガス速度がＩ〜II（ｍ／ｓ）の範囲）。
【００５５】
さらに予測交通量が減少し，通過ガス速度がさらに遅くなると，オゾン濃度が許容限界値に達する通過ガス速度Ｉ（ｍ／ｓ）において，電気集塵装置15の帯電部15Ａへの印加電圧が−８ｋＶからさらに下げられる（図４(A) ，通過ガス速度がＩ（ｍ／ｓ）以下）。
【００５６】
電気集塵装置15の帯電部15Ａへの印加電圧が下げられることによって，ＳＰＭ除去率は，より高い電圧を印加する場合に比べて低くなるが，必要とされる電気集塵装置15の除塵率は確保されており，かつオゾン濃度が所定値（許容値）以下に抑えられている。これによって，オゾンとＮＯとが反応して生成されるＮＯ2 の発生を極力少なくすることができる。
【００５７】
予測交通量が増加することによって通過ガス速度が速くなると（換気風量が増加する方向に推移すると），電気集塵装置15の帯電部15Ａへの印加電圧は，段階的に上昇するように制御される。電気集塵装置15の除塵率を確保し，オゾン濃度を所定値（許容値）以下に抑えることができる。
【００５８】
図５(A) ，(B)は，図４(A)，(B) に示す運転曲線のグラフを構成する電気集塵装置15とは別のタイプの電気集塵装置において，測定した通過ガス速度とオゾン濃度との関係，および通過ガス速度とＳＰＭ除去率との関係を示すものである。図５(B) に示す運転曲線が上に凸である点が，下に凸の曲線である図４(B) と異なっている。図５(A)，(B)に示すような運転曲線を持つ電気集塵装置であっても，上述と同様に，通過ガス速度に応じてオゾン濃度が所定値（許容限界値）以下となるように印加電圧を制御することによって，電気集塵装置15の除塵率を確保し，オゾン濃度を所定値（許容値）以下に抑えることができる。オゾンとＮＯとが反応して生成されるＮＯ2 の発生を極力少なくすることができる。
【００５９】
図４(A)，(B)および図５(A)，(B)では，負電圧を電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に印加した場合を示しているが，負電圧に代えて，正電圧を放電極に印加するためのタイプの電気集塵装置にも，上述の制御方法は適用できる。また，−10ｋＶ，−９ｋＶおよび−８ｋＶの電圧値を例にして電気集塵装置15の帯電部15Ａへの印加電圧の制御を説明したが，もちろん，段階的に切替える電圧を，より細かい電圧間隔で制御するようにしてもよい。
【００６０】
図６(A) は，図４(A) ，(B) に示す制御曲線を持つ電気集塵装置についての通過ガス速度（横軸）と印加電圧（縦軸）との関係を示すグラフである。図６(B) は電気集塵装置の帯電部に印加する電圧を連続的に変化させた場合の通過ガス速度と印加電圧との関係を示すグラフである。
【００６１】
印加電圧を切替える通過ガス速度の付近において，通過ガス速度のわずかな変化に応答して印加電圧が頻繁に切り替えられる事態が生じるのを防ぐために，図６(A) のグラフにおいて破線で示すように，印加電圧を高くする方向に切り替える通過ガス速度と，印加電圧を低くする方向に切り替える通過ガス速度を少し異ならせて，切替ヒステリシス特性を持たせるようにしてもよい。
【００６２】
また図６(B) に示すように，電気集塵装置15の帯電部15Ａへの印加電圧は連続的に変化させてもよい。電気集塵装置15への印加電圧を連続的に変化させることにより，できるだけ高い電圧（オゾン濃度が常に限界許容値になるような電圧：限界電圧）を電気集塵装置15の帯電部15Ａに印加させることができ，高いＳＰＭ除去率を確保することができる。
【００６３】
上述した実施例では，予測交通量，ＣＯ値およびＶＩ値に基づいて換気風量（通過ガス速度）を算出しているが，これらの測定値の１または複数を除いた測定値に基づいて換気風量を算出してもよいし，さらに他の測定値，予測値を加えて換気風量を算出することもできる。このようにして算出される換気風量（指令値）に基づいてオゾン濃度を所定値以下に抑えるように印加電圧を決定することに代えて，または加えて，電気集塵装置15の排気ガスの入口側または出口側に風量計（風速計）を設けておき，風量計（風速計）によって測定される風量（通過ガス速度）（計測値）に基づいて，電気集塵装置15の出口側のオゾン濃度が所定値以下になるように，電気集塵装置15の帯電部15Ａに印加する印加電圧を決定するようにしてもよい。電気集塵装置15の出口側にオゾン濃度を計測するセンサ（化学発光方式，紫外線吸収方式等のオゾン濃度計測器）を設けておき，オゾン濃度センサにおいて計測されるオゾン濃度（計測値）に基づいて，電気集塵装置15の帯電部15Ａに印加する印加電圧を変化させてもよい（フィードバック制御）。もちろん，手動により電気集塵装置15の帯電部15Ａに印加する印加電圧を切り替えるようにしてもよい。電気集塵装置15は二段構造（帯電部15Ａと集塵部15Ｂとが分離されている構造）のものであっても，一段構造（帯電部15Ａと集塵部15Ｂとが同一空間に設けられている構造）のものであってもよい。
【００６４】
図４(A)，(B)，図５(A)，(B)のグラフにおいて，オゾン濃度の許容限界値が直線的に仮想されている。これはオゾンの濃度とオゾンによって生じる二酸化窒素ＮＯ2 の濃度がほぼ等しく比例するということを前提とするものである。電気集塵装置15付近のＮＯ2 濃度を測定して，電気集塵装置15付近のＮＯ2 濃度に寄与するオゾン濃度をより正確に求めるようにすることが望ましい。さらにトンネル内の排気ガス中にＮＯ2 が含まれ，それは交通量に依存するので，トンネル内の排気ガス中のＮＯ2 濃度に応じて電気集塵装置15において許容される発生オゾン濃度を修正することもできる。いずれにしても，許容限界値としてのオゾン濃度はさまざまな試行錯誤，実測等に基づいて最終的に定められることになるであろう。もちろん，運転曲線は，道路トンネルごと，道路トンネルに設けられる換気装置ごと，または電気集塵装置15ごとに定めてもよい。いずれにしても，必要とされる電気集塵装置15の除塵率を確保し，かつオゾン濃度を所定値（許容値）以下に抑え，オゾンとＮＯとが反応して生成されるＮＯ2 の発生を極力少なくすることができるように，換気風量（通過ガス速度）に応じて制御装置13において印加電圧が決定され，決定された印加電圧が電気集塵装置15の帯電部15Ａの放電極に加えられる。
【００６５】
図７は，２つの送風ファン20ａ，20ｂ（２つの吸気路６ａ，６ｂ）および２つの排風ファン21ａ，21ｂ（２つの排気路７ａ，７ｂ）が設けられた換気装置における，図３に対応する制御装置13の機能ブロックおよび高電圧発生装置の電気的構成を示すブロック図である。図３に示すものと同じものには同一の符号を付す。図７では，吸気路６ａ，６ｂ，排気路７ａ，７ｂが並べて図示されているが，もちろん，これらは別個の場所に設けてもよい。
【００６６】
吸気路６ａ，６ｂおよび換気路７ａ，７ｂに，送風ファン20ａ，20ｂおよび排風ファン21ａ，21ｂがそれぞれ設けられている。送風ファン20ａ，20ｂおよび排風ファン21ａ，21ｂは，それぞれ対応するファン駆動回路（図示略）によって駆動される。これらのファン駆動回路は，制御装置13（機能ブロック25）において決定される回転数に応じて制御される。また，排気路７ａ，７ｂのそれぞれに，電気集塵装置15ａ，15ｂが設けられている。
【００６７】
電気集塵装置15ａ，15ｂのそれぞれに対応して高電圧発生装置14ａ，14ｂが設けられている。高電圧発生装置14ａにおいて発生する電圧が電気集塵装置15ａの帯電部15Ａの放電極に印加される。高電圧発生装置14ｂにおいて発生する電圧が電気集塵装置15ｂの帯電部15Ａの放電極に印加される。
【００６８】
２基の換気ファンを持つ換気装置においては，たとえば，次の(a)〜(e)の５つの設定（ノッチ）によって，送風ファン20ａ，20ｂおよび排風ファン21ａ，21ｂ（換気風量）が制御され，これに応じて電気集塵装置15ａ，15ｂの帯電部15Ａに印加される電圧が決定される。
【００６９】
(a) ノッチ０：全ファンを停止
(b) ノッチ１：１基の換気ファン（送風ファン20ａおよび排風ファン21ａ）を50％負荷運転（最大回転数の半分の回転数）→電気集塵装置15ａの帯電部15Ａへの印加電圧決定
(c) ノッチ２：１基の換気ファン（送風ファン20ａおよび排風ファン21ａ）を 100％負荷運転（最大回転数）→電気集塵装置15ａの帯電部15Ａへの印加電圧決定
(d) ノッチ３：一方の１基の換気ファン（送風ファン20ａおよび排風ファン21ａ）を 100％負荷運転，他方の１基の換気ファン（送風ファン20ｂおよび排風ファン21ｂ）を50％負荷運転→電気集塵装置15ａ，15ｂのそれぞれの帯電部15Ａへの印加電圧決定
(e) ノッチ４：２基の換気ファン（送風ファン20ａおよび排風ファン21ａと，送風ファン20ａおよび排風ファン21ｂ）のそれぞれを 100％負荷運転→電気集塵装置15ａ，15ｂのそれぞれの帯電部15Ａへの印加電圧決定
【００７０】
制御装置13において，予測交通量，ＣＯ値およびＶＩ値に基づいて換気風量が演算（算出）され（機能ブロック24），算出された換気風量に基づいて，ノッチ０〜ノッチ４のいずれかが決定される（機能ブロック25）。
【００７１】
ノッチ０が決定された場合には，制御装置13から高電圧発生装置14ａ，14ｂに電圧指令値は与えられず，したがって電気集塵装置15ａ，15ｂは動作しない。
【００７２】
ノッチ１が決定された場合には，排風ファン21ａが設けられている排気路７ａ中の電気集塵装置15ａの帯電部15Ａに印加すべき電圧が決定され（機能ブロック26），決定された印加電圧値を表すデータ（電圧指令値）が高電圧発生装置14ａに与えられる。決定される印加電圧値を表すデータは，排風ファン21ａを50％負荷運転した場合の換気風量（通過ガス速度）に基づく。他方，排風ファン21ｂは運転されないので，排風ファン21ｂが設けられている排気路７ｂ中の電気集塵装置15ｂの帯電部15Ａに電圧を印加する高電圧発生装置14ｂには電圧指令値は与えられず，電気集塵装置15ｂは動作しない。
【００７３】
ノッチ２が決定された場合には，排風ファン21ａを 100％負荷運転した場合の換気風量（通過ガス速度）に対応する印加電圧を表すデータ（電圧指令値）が制御装置13から高電圧発生装置14ａに与えられる。高電圧発生装置14ｂには電圧指令値は与えられず，電気集塵装置15ｂは動作しない。
【００７４】
ノッチ３が決定された場合には，排風ファン21ａを 100％負荷運転した場合の換気風量（通過ガス速度）に基づく印加電圧を表すデータ（電圧指令値）が制御装置13から高電圧発生装置14ａに与えられ，かつ排風ファン21ｂを50％負荷運転した場合の換気風量（通過ガス速度）に基づく印加電圧を表すデータ（電圧指令値）が制御装置13から高電圧発生装置14ｂに与えられる（すなわち，制御装置13では，高電圧発生装置14ａ，14ｂのそれぞれに与えるべき２つの印加電圧を表すデータ（２つの電圧指令値）が決定される。）。ノッチ４が決定された場合には，排風ファン21ａおよび排風ファン21ｂをそれぞれ 100％負荷運転した場合の換気風量（通過ガス速度）に基づく印加電圧を表すデータ（電圧指令値）が，制御装置13から高電圧発生装置14ａ，14ｂのそれぞれに与えられる。
【００７５】
上記では，送，排風ファンは２段階（50％負荷運転または 100％負荷運転）の運転制御が行われているが，もちろん，３段階，３段以上の多段階の運転制御とすることもできる。
【００７６】
図８〜図10は，換気装置の他の例（図２に対応する縦断面図）を示している。図２に示すものと同一のものには同一の符号が付されている。また，図８〜図10ではトンネル１内のガスの状態（換気の状態）を監視，計測するため機器および装置（ＣＯ計，ＶＩ計，ループコイルおよびトラフィック・カウンタ）の図示，ならびに制御装置，高電圧発生装置およびモータ駆動回路の図示は省略されている。
【００７７】
図８に示す換気装置30には３基の換気ファンが設けられている。換気装置30において２つの換気ファンは同一路線（１のトンネル）用，他の１つの換気ファンは他の路線（他のトンネル）用である。図９に示す換気装置40には３基の換気ファンが設けられている。換気装置40において，３基の換気ファンは，いずれも２つの路線（上り線および下り線）に共通に用いられる。図10に示す換気装置50には４基の換気ファンが設けられている。換気装置50において２基の換気ファンは上り線用，他の２基の換気ファンは下り線用である。図８〜図10に示すような換気装置30，40，50においても，排気路７のそれぞれに電気集塵装置15が設けられ，電気集塵装置15のそれぞれに対応して高電圧発生装置14が設けられる。制御装置13において，予測交通量，ＣＯ値およびＶＩ値に基づいて換気風量が決定される。決定された換気風量に基づいて，決定された換気風量を実現するように，送風ファン20および排風ファン21の運転が制御される。送風ファン20および排風ファン21の運転の制御は，上述したように，ファン回転数の制御であってもよいし，運転する送風ファン20および排風ファン21の負荷運転のパーセンテージを変える制御（基数制御）であってもよい。ファンの翼（ブレード）の角度を変える制御（可変動翼制御）であってもよい。ダクトに設けられたダンパ41の開閉を制御することによって決定された換気風量を実現してもよい。もちろん，これらの組合せであってもよい。いずれにしても，電気集塵装置15の帯電部15Ａに印加される電圧は，その電気集塵装置15が設けられた排気路について決定された換気風量に基づいて，その電気集塵装置15の出口側におけるオゾン濃度が所定値以下となるように決定され，決定された電圧を発生するように電圧発生装置14が制御される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】道路トンネルおよび換気装置の配置を示す縦断面図である。
【図２】換気装置を示す縦断面図である。
【図３】制御装置の機能ブロックおよび高電圧発生装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】(A) は所定の印加電圧をパラメータとした通過ガス速度とオゾン濃度との関係の測定結果の一例を，(B) は所定の印加電圧をパラメータとした通過ガス速度とＳＰＭ除去率との関係の測定結果の一例をそれぞれ示すグラフである。
【図５】(A) は所定の印加電圧をパラメータとした通過ガス速度とオゾン濃度との関係の測定結果の一例を，(B) は所定の印加電圧をパラメータとした通過ガス速度とＳＰＭ除去率との関係の測定結果の一例をそれぞれ示すグラフである。
【図６】通過ガス速度と印加電圧との関係を示すグラフであり，(A) は段階的な電圧制御の例を，(B) は連続的な電圧制御の例を示している。
【図７】制御装置の機能ブロックおよび高電圧発生装置の電気的構成を示すブロック図の他の例である。
【図８】換気装置の他の例を示す縦断面図である。
【図９】換気装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１０】換気装置の他の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  道路トンネル
３  換気塔
４  吸気口
５  排気口
６  吸気路
７  排気路
10，30，40，50  換気装置
11  送気ダクト
12  排気ダクト
13  制御装置
14  高電圧発生装置
15  電気集塵装置
20  送風ファン（送風機）
21  排風ファン（排風機）
27  制御信号発生回路
28  電圧調整回路
29  高電圧発生回路
31，32  モータ駆動回路
41  ダンパ
【図１】
2008196303.tif 000003
【図２】
2008196303.tif 000004
【図３】
2008196303.tif 000005
【図４】
2008196303.tif 000006
【図５】
2008196303.tif 000007
【図６】
2008196303.tif 000008
【図７】
2008196303.tif 000009
【図８】
2008196303.tif 000010
【図９】
2008196303.tif 000011
【図１０】
2008196303.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月31日(2008.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与の換気風量を実現するようにトンネルのガス排気路の排ガス流量を制御する換気システムにおいて，コロナ放電により排気ガス中の粒子状物質に電荷を与える帯電部と，荷電粒子状物質を電気力により集塵する集塵部とを備え，少なくとも上記帯電部の放電極に印加する電圧が制御可能な電気集塵装置が，排気ガスが電気集塵装置の入口側から入り上記帯電部および集塵部を通過して出口側から出るように上記ガス排気路に配置されており，
上記帯電部への印加電圧を上記電気集塵装置を通過する排気ガスの速度に応じて上記排気ガス速度が速くなるほど高い印加電圧となるように複数段階に変化させて制御するものであり，印加電圧をパラメータとする上記排気ガス速度と上記電気集塵装置の出口側におけるオゾン濃度との関係を示す運転曲線において，上記複数段階の各段階における排気ガス速度の範囲内において排気ガス速度が最も遅いときにオゾン濃度が許容限界値を超えないように印加電圧をあらかじめ定めておき，
上記排気ガスの速度に応じて上記のあらかじめ定められた上記印加電圧を発生するように制御する，
電気集塵装置の制御方法。
【請求項２】
印加電圧を低くする方向に変化させる排気ガス速度よりも速い排気ガス速度において印加電圧を高くする方向に変化させるように印加電圧をあらかじめ定めておく，請求項１に記載の電気集塵装置の制御方法。
【請求項３】
所与の換気風量を実現するようにトンネルのガス排気路の排ガス流量を制御する換気システムにおける上記ガス排気路に設けられる電気集塵装置であって，コロナ放電により排気ガス中の粒子状物質に電荷を与える帯電部と，荷電粒子状物質を電気力により集塵する集塵部とを備え，排気ガスが入口側から入り上記帯電部および集塵部を通過して出口側から出るように上記ガス排気路に配置される電気集塵装置において，
上記帯電部への印加電圧を上記電気集塵装置を通過する排気ガスの速度に応じて上記排気ガス速度が速くなるほど高い印加電圧となるように複数段階に変化させて制御するものであり，印加電圧をパラメータとする上記排気ガス速度と上記電気集塵装置の出口側におけるオゾン濃度との関係を示す運転曲線において，上記複数段階の各段階における排気ガス速度の範囲内において排気ガス速度が最も遅いときにオゾン濃度が許容限界値を超えないように印加電圧を定めた制御曲線があらかじめ設定されており，上記排気ガス速度に応じて上記制御曲線にしたがって上記印加電圧を決定する印加電圧決定手段，および
上記印加電圧決定手段によって決定された印加電圧を発生する高電圧発生装置，
を備えた電気集塵装置の制御装置。
【請求項４】
上記印加電圧決定手段が，印加電圧を低くする方向に変化させる排気ガス速度よりも速い排気ガス速度において印加電圧を高くする方向に変化させるように印加電圧を決定する，請求項３に記載の電気集塵装置の制御装置。