(57)【要約】      （修正有）【課題】道路トンネル換気制御装置において、トンネル内風向値を加味し、過剰換気および不足換気を防止する。【解決手段】走行物が走行するトンネル内の煙霧透過率を測定する煙霧透過率計3と、トンネル内の風向および風速を測定する風向風速測定手段4と、トンネル内の換気を行なう１つまたは複数の換気機2と、換気機2の運転を制御する換気制御装置5とを備え、換気制御装置5は、予め設定した目標とする煙霧透過率、測定した煙霧透過率、測定した風向風速値、および換気機の運転風量から、次期制御周期での換気機2の運転風量および換気方向を演算して決定する。【選択図】図１
2005213843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行物が走行するトンネル内の煙霧透過率を測定する煙霧透過率計と、前記トンネル内の風向および風速を測定する風向風速測定手段と、前記トンネル内の換気を行なう１つまたは複数の換気機と、前記換気機の運転を制御する換気制御装置とを備え、前記換気制御装置は、予め設定した目標とする煙霧透過率、測定した煙霧透過率、測定した風向風速値、および前記換気機の運転風量から、次期制御周期での換気機の運転風量および換気方向を演算して決定するトンネル換気装置。
【請求項２】
換気制御装置は、測定した風向風速値から演算して求めた全換気力から換気機の運転風量を差し引いて、自然換気力と交通量換気力を合わせた換気力を求める請求項１記載のトンネル換気装置。
【請求項３】
換気制御装置は、目標とする煙霧透過率と測定した煙霧透過率とを演算して求める必要換気量から、自然換気力と交通量換気力を合わせた換気力を差し引いて次期制御周期での換気機の運転風量および換気方向を演算して決定する請求項２記載のトンネル換気装置。
【請求項４】
換気制御装置は、測定した煙霧透過率平均値と目標とする煙霧透過率との比を算出して演算する請求項３記載のトンネル換気装置。
【請求項５】
換気制御装置は、測定した煙霧透過率平均値と目標とする煙霧透過率との差を算出して演算する請求項３記載のトンネル換気装置。
【請求項６】
換気制御装置は、測定した煙霧透過率と風速のうち少なくとも１つを所定期間中の平均値により演算する請求項１から５のいずれかに記載のトンネル換気装置。
【請求項７】
換気制御装置は、測定した煙霧透過率と風速のうち少なくとも１つを制御周期の後半期間中の平均値により演算する請求項１から５のいずれかに記載のトンネル換気装置。
【請求項８】
トンネル内を走行する走行物は一方向に走行するように規程されている請求項１から７のいずれかに記載の道路トンネル換気装置。
【請求項９】
トンネル内を走行する走行物は対面通行可能である請求項１から７のいずれかに記載のトンネル換気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路に設置されているトンネル内の換気を行なう道路トンネル換気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に道路トンネルにおいては、トンネル内通行車両により発生する煤煙や一酸化炭素等によって汚染される。この汚染空気は換気機等によってトンネル外へ排出しないと、トンネル内の視界が悪くなることが危惧され、また、自動車の運転者やトンネル内設備保守作業者などの健康上も悪影響をあたえることとなる。
【０００３】
そこで従来より、この道路トンネル内の換気を目的とする換気機や換気制御装置といったものが種々提案されている。たとえば、特許文献１においては、トンネル内の観測点で検出した汚染値、風速、交通状態を元に、換気機の制御装置を制御する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２６２９９６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、道路トンネル換気制御装置は、測定した所定期間中の煙霧透過率の平均値と目標とする煙霧透過率に対して予め設定した換気機の運転風量にて決定する換気制御装置が構成されている。
【０００５】
しかしながら、上記した従来の方法では、トンネル内風向値が加味されていないため、過剰換気および不足換気の発生する課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の道路トンネル内換気制御装置は、走行物が走行するトンネル内の煙霧透過率を測定する煙霧透過率計と、トンネル内の風向および風速を測定する風向風速測定手段と、トンネル内の換気を行なう１つまたは複数の換気機と、換気機の運転を制御する換気制御装置とを備え、換気制御装置は、予め設定した目標とする煙霧透過率、測定した煙霧透過率、測定した風向風速値、および換気機の運転風量から、次期制御周期での換気機の運転風量および換気方向を演算して決定するものである。
【０００７】
また、換気制御装置は、測定した風向風速値から演算して求めた全換気力から換気機の運転風量を差し引いて、自然換気力と交通量換気力を合わせた換気力を求めるようにしたものである。
【０００８】
また、換気制御装置は、目標とする煙霧透過率と測定した煙霧透過率とを演算して求める必要換気量から、自然換気力と交通量換気力を合わせた換気力を差し引いて次期制御周期での換気機の運転風量および換気方向を演算して決定するものである。
【０００９】
また、換気制御装置は、測定した煙霧透過率平均値と目標とする煙霧透過率との比を算出して演算するものである。
【００１０】
また、換気制御装置は、測定した煙霧透過率平均値と目標とする煙霧透過率との差を算出して演算するものである。
【００１１】
また、換気制御装置は、測定した煙霧透過率と風速のうち少なくとも１つを所定期間中の平均値により演算するものである。
【００１２】
また、換気制御装置は、測定した煙霧透過率と風速のうち少なくとも１つを制御周期の後半期間中の平均値により演算するものである。
【００１３】
また、本発明の道路トンネル内換気制御装置は、一方向に走行するように規程されているものである。
【００１４】
また、本発明の道路トンネル内換気制御装置は、トンネル内を走行する走行物は対面通行可能であるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、風向風速値も加えて、制御周期毎に目標透過率に対し必要換気力を算出し、次制御周期に換気機運転風量を決定し、道路トンネル内が同じ透過率値でも風向風速値に応じて換気機の運転風量を決定しているので過剰換気および不足換気の発生を抑制でき、省エネ省コストで換気制御運転ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は本実施の形態におけるジェットファン式道路トンネル内換気システムの概略構成図であり、天井側からの断面で示している。この図１において、１が道路トンネルであり、このトンネル１内の内部雰囲気の汚れを除去するための換気機である軸流ファン２がトンネル１天井部の複数箇所に取り付けられている。
【００１８】
また３は道路トンネル内の煙霧透過率を検出する煙霧透過率計、４はトンネルの内の風向風速を検出する風向風速測定手段、５は軸流ファン２を制御するトンネル換気制御装置であり、これらにより本実施の形態における道路トンネル換気システムが構成される。
【００１９】
次に、この道路トンネル換気システムを制御するトンネル換気制御装置５の機能について図２を用いて説明する。
【００２０】
図２は、トンネル換気制御装置５の機能ブロック図を示すものであり、透過率検出部１０、風向風速検出部１１、目標透過率設定部１２、必要換気力算出部１３、自然換気力＋交通量換気力算出部１４、必要機械昇圧力算出部１５、換気機運転風量決定部１６により構成される。これらで構成されるトンネル制御装置においてその作用について説明する。
【００２１】
まず、透過率検出部１０はトンネル内の煙霧透過率計３からの透過率信号を元に制御周期毎に平均煙霧透過率を演算する。ここで、この平均煙霧透過率の演算方法について説明する。
【００２２】
透過率検出部１０では、必要換気量を決定するための演算を所定周期ごとに行なう。図３で示すように、この所定周期をＴａとすると、煙霧透過率計３で計測する煙霧透過率データは、Ｔａ期間のうちの後半のＴｂ期間、すなわち演算を行なう直前の所定期間において煙霧透過率データを取得する。これは、制御を実行した直後はその効果が反映されないので、しばらくは演算によって新しく換気運転を施したことによる効果が反映されるまでデータを取得せず、待機時間としているためである。そして、次回の制御を行なうためにフィードバックする煙霧透過率データは、前回の制御が反映された状態になったと考えられる時間になってからサンプリングするように、制御周期の後半の期間に所定サンプリング回数取得した煙霧透過率を平均して求める。
【００２３】
なお、煙霧透過率を計測する煙霧透過率計３は、本実施の形態においては、一例として、主に光源とその光源を受光する受光部とから構成されたものがあり、煙霧がない場合に受光部が受光する光源の強さを１００％とした時の受光量の割合を計測して煙霧透過率とするものである。
【００２４】
次に、必要換気力算出部１３にて、透過率検出部１０で演算した平均煙霧透過率Ｋ１と、目標透過率設定部１２にて予め設定した目標透過率Ｋｔａｒより、次制御周期の必要換気量Ｑ１を算出する。ここで、必要換気量とは、目標とする煙霧透過率にするためにトンネル内で必要とする風量である。また、目標透過率は、各トンネルに固有のもので、トンネルの長さや定常的な交通量等から適宜設定する。
【００２５】
ここで必要換気量の具体的な設定方法の一例について説明する。なお、必要換気力算出部１３では、本実施例では前回演算して求めた必要換気量を記憶する記憶手段を備えているものとする。そして、前回求めた必要換気量をＱ０、今回求める必要換気量をＱ１、今回計測した平均煙霧透過率をＫ１、目標透過率をＫｔａｒとした時に、
Ｑ０・Ｋｔａｒ＝Ｑ１・Ｋ１
となるように今回の必要換気量Ｑ１を求める。これは、前回に求めた必要換気量に、その結果として得られた煙霧透過率と目標透過率との比を乗算し、過不足なく必要換気量を求めるようにするものである。なお、ここで、Ｑ０、Ｑ１は正負符号付きであり、トンネルの一方向を正とし、反対方向を負としている。
【００２６】
なお、これ以外の方法として、目標透過率Ｋｔａｒと平均煙霧透過率Ｋ１の差を、Ｋｄｉｆとし、所定の係数をＫｔとすると、
Ｋｄｉｆ＝Ｋｔａｒ−Ｋ１
Ｑ１＝Ｋｄｉｆ・Ｋｔ
で求める。
【００２７】
なお、この係数Ｋｔは、予め計測した透過率とその際のトンネル内の風量とのデータを計測し、その規則性から算出して求める。
【００２８】
次に、風向風速検出部１１について説明する。風向風速検出部１１は、トンネル内の風向風速測定手段４からの風向風速信号を元に制御周期毎に平均風向風速値を演算する。
【００２９】
この平均風向風速値も、平均煙霧透過率を求める際と同様に、制御を行なう演算周期の後半期間のデータを平均して求める。すなわち、この制御周期における後半期間で所定サンプリング回数取得した風向風速値を平均して平均風向風速値を求める。なお、ここで求めた風向風速値は、トンネル内を吹き抜ける自然風、自動車等の走行による風、および図１で示す軸流ファン２による換気運転による風が合算されたものである。また、この風向風速値は、符号付きであり、一方向に吹く風を正方向に吹く風とした時、その反対方向に吹く風を負方向に吹く風としており、正負の設定は予め取り決めしておくものとする。
【００３０】
次に、自然換気力＋交通換気力算出部１４における演算について説明する。まず、風向風速検出部１１で得た平均風向風速値Ｕ１を風量に換算する。この換算は、今回、風向風速検出部１１で求めた風速をＵ１（符号付き）とし、トンネルの断面積をＡすると、このトンネル内を吹く風量Ｓは、
Ｓ＝Ｕ１・Ａ
で求める。なお、トンネルの断面積Ａの形状は、たとえば図４（ａ）で示すように半円状であったり、図４（ｂ）で示すように長方形状であったりする。
【００３１】
ここで、上式で得たトンネル内を吹く風量Ｓは、自然換気力、交通換気力および換気機の運転による現在の換気運転風量を合算したものである。
【００３２】
そして、この風量Ｓのうち、現状の換気機運転風量Ｆを除いた、自然換気力と交通換気力のみを合算した風量Ｎを、
Ｎ＝Ｓ−Ｆ
で求める。
【００３３】
なお、これらＮ、Ｆ、Ｓはすべて符号付きの風量を示す。また、現状の換気機運転風量Ｆは、図１で示す軸流ファン２に与えている換気運転風量であり、後述する図１の換気機運転風量決定部によって決定した換気運転風量を情報として得る。
【００３４】
さらに、必要機械昇圧力算出部１５は、必要換気力算出部１３で演算した必要換気量Ｑ１と自然換気力＋交通換気力算出部１４で演算した自然換気力＋交通換気力Ｎの差
Ｑ１−Ｎ
を実必要換気量Ｊとして演算する。
【００３５】
さらに換気機運転風量決定部１６は必要機械昇圧力算出部１５で求めた実必要換気量Ｊを満足する換気機運転風量を算出して決定し、各換気機、すなわち軸流ファン２へ運転出力を行う。
【００３６】
なお、各換気機運転風量については、費やすエネルギを最小限とするように、実必要換気量から作動させる軸流ファンの台数との関係式または対照表を記憶させておき、決定した実必要換気量から対応する台数分の軸流ファンを作動させる。
【００３７】
なお、本実施の形態の換気装置は、トンネル内の風向が不定であるトンネル内の走行物が対面通行に規定されている道路トンネルで最も有効であるが、トンネル内の風向がほぼ一定であるトンネル内の走行物が一方通行に規定されている道路トンネルにおいても強風時などにおいて風向が変わる時には有効となる。
【００３８】
また、本実施の形態の換気装置は、図５に示すようにトンネル内部にトンネル内の塵芥を集める集塵機６を用いた集塵機式道路トンネル換気システムや、図６に示すように立杭排風機を用いた集中排気式道路トンネル換気システムに用いてもその効果を充分奏することができる。
【００３９】
また、本発明の実施の形態の換気装置は、風向風速値も加えて、制御周期毎に目標透過率に対し必要換気力を算出し、次制御周期における換気機運転風量を決定しており、道路トンネル内の透過率値を維持するように風向風速値に応じて換気機の運転風量を絶えず調整して決定しているので過剰換気および不足換気の発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のトンネル換気装置は、トンネル内の換気を有効に制御でき、特に排気ガス排出する自動車が通行する道路トンネル内の換気制御に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるトンネル内換気装置の構成ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における換気制御装置の機能ブロック図
【図３】換気制御装置での制御周期を示す図
【図４】（ａ）トンネルの断面積の第１の例を示す斜視図（ｂ）トンネルの断面積を示の第２の例を示す斜視図
【図５】本発明の実施の形態１におけるトンネル内換気装置の第２の実施例を示す構  成ブロック図
【図６】本発明の実施の形態１におけるトンネル内換気装置の第３の実施例を示す構  成ブロック図
【符号の説明】
【００４２】
１  トンネル
２  軸流ファン（換気機）
３  煙霧透過率計
４  風向風速測定手段
５  換気制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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