(57)【要約】【課題】自動車道路トンネル換気用ジェットファンは、トンネル天井に吊り下げ状態で設置されており、必要な換気風量に対して、その複数台のジェットファンを運転させることで、実現させている。しかし、その運転制御は、台数制御で行っており、またその複数台は全て同一の風量で運転するため、過剰な換気を行っている場合があるという課題を有する。【解決手段】上記課題を解決するトンネル換気システムは、少なくとも１台の回転数制御装置を備えたジェットファンと、その他の定速運転用のジェットファンとの組み合わせ運転により、必要換気量をまかなう。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路トンネルの天井に設置され、円筒状ケーシング内に電動機とこの電動機の回転軸に装着した羽根車とを備えたジェットファンを複数台用いたトンネル換気システムにおいて、
前記ジェットファンのうち、少なくとも１台のジェットファンに回転数制御装置を備え、
その他の定速運転用ジェットファンとの組み合わせ運転により、必要換気量をまかなうトンネル換気システム。
【請求項２】
前記ジェットファンの回転数制御装置を、ジェットファン本体に備えたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル換気システム。
【請求項３】
前期回転数制御装置が対象とするジェットファンの手元開閉器箱に、回転数制御装置の停止と復帰を操作するスイッチを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル換気システム。
【請求項４】
前期回転数制御装置が対象とするジェットファンの手元開閉器箱の扉開閉により、回転数制御装置の停止と復帰を可能とするインターロック機構を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路トンネルなどの縦流換気に使用されるジェットファンを用いた換気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車道路トンネル内の天井に複数台設置され使用されるジェットファンは、筒型ケーシング内にモータが内装され、このモータの軸に羽根車が取り付けられている。モータは、両軸モータを用いたもので、それぞれの軸端部に羽根車が取り付けられた２段構成となっている。ジェットファンは、この羽根車を電動機により回転駆動させることにより、トンネル内に縦流の空気流を発生させることで、トンネル内を換気する機能を有するものである。このような構造からなるジェットファンを通常は、トンネル内の環境や交通状況により決定される必要換気量に対して、複数台運転させることで、トンネル内の換気を行っていた。また、トンネル内で発生した火災などの非常時においては、その被害を最小限に抑えるために、ジェットファンの吹き出し方向やその台数を制御することで風量を調整した運転が行われていた。また、例えば特許文献１では、ジェットファンをインバータ制御で運転している。
【０００３】
このような場合、トンネル全体の換気制御としては、複数台のジェットファンの運転台数を制御する台数制御で行っている。また、それぞれのジェットファンは、全て同一の風量で運転している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５７−１１９９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の換気システムでは、自動車道路トンネル換気用ジェットファンは、トンネル天井に吊り下げ状態で設置されており、必要な換気量に対して、その複数台のジェットファンを運転させることで、実現させている。しかし、その運転制御は、台数制御で行っており、またその複数台は全て同一の風量で運転するため、過剰な換気を行っている場合があり、電力を無駄に消費しているという課題を有する。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、自動車道路トンネル換気用ジェットファンにおいて、必要換気量に対して効率良く適切な換気を行う機能を有するジェットファンを提案する。本発明は、道路トンネル内のトンネル天井壁に吊り下げて設置されるジェットファンにおいて、必要換気量に対して定速で運転するジェットファンと回転数を制御したジェットファンとを組み合わせて用いた道路トンネル用換気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の道路トンネル用ジェットファンによる換気システムは上記目的を達成するために、道路トンネルの天井に設置され、円筒状ケーシング内に電動機とこの電動機の回転軸に装着した羽根車とを備えたジェットファンを複数台用いたトンネル換気システムにおいて、前記ジェットファンのうち、少なくとも１台のジェットファンに回転数制御装置を備え、その他の定速運転用ジェットファンとの組み合わせ運転により、必要換気量をまかなうトンネル換気システムである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、道路トンネル用ジェットファンによる換気システムは上記目的を達成するために、道路トンネルの天井に設置され、円筒状ケーシング内に電動機とこの電動機の回転軸に装着した羽根車とを備えたジェットファンを複数台用いたトンネル換気システムにおいて、前記ジェットファンのうち、少なくとも１台のジェットファンに回転数制御装置を備え、その他の定速運転用ジェットファンとの組み合わせ運転により、必要換気量をまかなうトンネル換気システムにより、必要換気量に対して、ジェットファンの最適な運転が可能であり、ジェットファン全てに回転数制御装置を備えた場合と同様な換気制御が可能となり、回転数制御装置を備えたジェットファンの台数を最小限にすることで、設備機器のイニシャルコストを安価にしつつ、運転電力の省エネが図れるという効果のある道路トンネル用ジェットファンによる換気システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１のジェットファンの構造図
【図２】同道路トンネル換気システムのブロック図
【図３】同ジェットファン４台時の運転台数と換気量推移概念図
【図４】同ジェットファン１台のインバータ駆動性能曲線（周波数−電力曲線）図
【図５】同道路トンネル換気システムの運転台数決定フローチャート
【図６】本発明のさらに別の実施の形態を示すトンネル換気システムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の請求項１記載の道路トンネル用ジェットファンによる換気システムは、
道路トンネルの天井に設置され、円筒状ケーシング内に電動機とこの電動機の回転軸に装着した羽根車とを備えたジェットファンを複数台用いたトンネル換気システムにおいて、前記ジェットファンのうち、少なくとも１台のジェットファンに回転数制御装置を備え、その他の定速運転用ジェットファンとの組み合わせ運転により、必要換気量をまかなうトンネル換気システムであり、必要換気量に対して、複数のジェットファンでそれを実現する場合に、定速のジェットファンと、回転数制御装置により周波数を可変したジェットファンとの最適な組み合わせで運転させることができ、全体的な換気風量は過剰になることなく、効率良い換気を実現することができるという作用を有する。
【００１１】
また、他の手段は、前記ジェットファンの回転数制御装置を、ジェットファン本体に備えたことにより、回転数制御装置をジェットファン本体に備えることで、回転数制御装置の設置スペースの削減および回転数制御装置からの配線から発生するノイズ・サージ電圧の影響を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、他の手段は、前記回転数制御装置が対象とするジェットファンの手元開閉器箱に、回転数制御装置の停止と復帰を操作するスイッチを備えたことにより、回転数制御装置の破損を防止することが可能となる。
【００１３】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１に示すように、道路トンネル（以下、トンネル１０）の天井に複数台設置されるジェットファン１は、筒型ケーシング１０１内にモータ１０２が内装され、このモータ１０２の軸に羽根車１０３が取り付けられている。モータ１０２は、両軸モータを用いたもので、それぞれの軸端部に羽根車１０３が取り付けられて二段構成となっている。
【００１５】
ジェットファン１は、図２に示すようにトンネル１０の天井に縦断方向に設置され、羽根車１０３をモータ１０２により回転駆動させることにより、トンネル１０内に縦流の空気流を発生させ、トンネル内の換気を行っている。
【００１６】
また、ジェットファン１は、定速で運転を行うための起動盤４、または少なくとも１台の回転数制御装置３（具体的には、インバータ装置を搭載したインバータ起動盤）に接続されることにより、運転されている。
【００１７】
換気制御装置２は、トンネル１０内の環境測定結果から必要換気量を算出し、ジェットファン１の運転方式を決定し、回転数制御装置３と起動盤４にジェットファン１の運転指示を行う。このとき、回転数制御装置３には、運転周波数信号線３ａを通じてジェットファン１の運転周波数が指示され、起動盤４には運転台数信号線４ａを通じてジェットファン１の運転台数が指示される。
【００１８】
トンネル１０内の環境を測定する装置としては、一般的に、煙霧透過率測定装置６（ＶＩ計）、風向風速測定装置７（ＡＶ計）、一酸化炭素測定装置８（ＣＯ計）、交通量測定装置（図示せず）などが設置されている。
【００１９】
ここで、本願発明の最も特徴的な部分を説明する。すなわち、本発明のトンネル換気システムは、必要換気量に対して、定速運転のジェットファン１の運転台数と、回転数制御装置３を接続した１台のジェットファン１の回転数を制御するものである。この制御方式により、適正なトンネル１０の換気量を確保しつつ、消費エネルギーの少ない換気システムを構築することができる。
【００２０】
このトンネル換気システムの制御方法を説明するにあたり、まず、ジェットファン１の運転により得られる換気量とトンネル１０の必要換気量の関係を図３（ジェットファン４台使用時の概念図）に示す。図３において、実線で示すのは定速運転時のジェットファン１による換気量推移、破線で示すのは回転数制御装置３を用いた運転時のジェットファン１による換気量推移である。
【００２１】
すなわち、ジェットファン１を定速機のみで運転した場合には、得られる換気量がグラフの実線の動きになり、運転台数切替え時に換気量が過剰になっていることがわかる。
この過剰換気量となる場合に、回転数制御装置３を用いることで、破線で示した必要換気量に適したジェットファン１の複数台運転が可能となる。
【００２２】
また、回転数制御装置３でジェットファン１を運転したときの周波数に対する軸動力（電力）の関係を図４に示す。軸動力は、回転数の３乗に比例する関係となるので、回転数を抑えて運転することは、運転電力の省エネが図れることがわかる。
【００２３】
この換気システムについてさらに詳しく説明する。
【００２４】
このジェットファン１を用いた換気システムは、図２に示すように、トンネル１０の天井に設けられた複数台のジェットファン１と、トンネル機械室５内に設けられた、回転数制御装置３、起動盤４とで構成されている。この回転数制御装置３および起動盤４は、各々ジェットファン１に接続されている。この回転数制御装置３によって、ジェットファン１の回転数制御を行い、起動盤４によってジェットファン１の定速運転を行う。また、トンネル機械室５内には、換気制御装置２が設けられていて、トンネル１０内の空気の汚染状況、トンネル１０内の交通状況に応じた必要換気量を算出している。そして、この必要換気量を確保するためにジェットファン１の定速運転台数と回転数制御装置３での運転周波数を決定し、ジェットファン１の運転制御を行っている。
【００２５】
ここで、必要換気量とは、トンネル１０内を通過するドライバーのある一定の視界を確保するために、必要な新鮮空気（外気）の量のことである。詳細な説明は省略するが、トンネル１０の換気は、自動車等の通行量による交通換気力、トンネル１０外の外風による自然換気力、トンネル１０内に設置されたジェットファン１による機械換気力によって行われる。ここでこのジェットファン１による機械換気力はジェットファン１の推力によるものである。トンネル１０の必要換気量は、自動車等が排出するガスによる粉塵濃度に応じた煙霧透過率にて算出される。機械換気力（ジェットファン１の推力）は、算出された必要換気量からそのときの自然換気力、交通換気力を引いて求められる。すなわち、ジェットファンは自然換気力、交通換気力だけでは換気ができなく、機械換気力による換気が必要になった場合に運転される。この機械換気力に応じて、ジェットファンの運転台数、運転周波数が求められるのである。なお、煙霧透過率測定装置６のＶＩ値、一酸化炭素測定装置８のＣＯ値が規定の範囲を超えた場合や、火災発生時においてなどは、強制的に全数のジェットファンを運転させることもある。
【００２６】
次に、ジェットファン１の運転台数、運転周波数を出力する方法について、図５のフローチャートを用いて説明する。ここで、定速運転するジェットファン１を主号機、回転数制御を行うジェットファン１を補助号機と呼ぶことにする。まず、上記方法にて算出された必要換気量を得るためには、ジェットファンｎ台分の推力Ｑが必要である。そして、ジェットファン１の定速運転（定格運転）する際の推力をＱ1とする。
【００２７】
まず、ベースとなるジェットファン１の定速運転台数ｎ(-1)を仮に算出する。この仮のジェットファン１の運転台数ｎ(-1)はＱ／Ｑ1の商から１を引いた数である。次に仮のジェットファン１の定速運転台数ｎ(-1)で出力される推力と必要な推力との差ΔＱを求める。
【００２８】
ΔＱ＝Ｑ−Ｑ1×ｎ(-1)・・・・・・・・・・・・・・・・・（式１）
このΔＱがΔＱ＜Ｑ1のときは、ジェットファン１主号機の実際の運転台数ｎをｎ(-1)とする。そして、ΔＱがΔＱ＝Ｑ1のときは、ジェットファン１の定速運転台数ｎをｎ(-1)＋１（＝Ｑ／Ｑ1の商）とする。
【００２９】
一方、回転数制御装置３に接続されたジェットファン１は、ΔＱ＜Ｑ1のとき、推力がΔＱとなる回転数で運転する。すなわち、運転周波数は、√（ΔＱ／Ｑ1）×１００％である。
【００３０】
このような運転方式によれば、必要換気風量に対して、複数のジェットファン１の定速運転と任意の回転数で運転する１台の補助号機の組み合わせで運転させることができ、全体的な換気量が過剰になることなく、効率良い換気を実現することができる。
【００３１】
また、図６に示すように、回転数制御装置３を複数台用いて、運転周波数を制御するジェットファン１を複数台としてもよい。
【００３２】
この様な構成によれば、回転数制御装置３に接続されるジェットファン１の運転時間を平準化し、一方が故障した場合のバックアップ機として使用することができ、信頼性の高い換気システムを構築することができる。
【００３３】
また、回転数制御装置３に使用しているインバータをジェットファン１の本体に設置する。この様な構成によれば、回転数制御装置３の設置スペースの削減および回転数制御装置３からの配線から発生するノイズ・サージ電圧の影響を抑制することができる。
【００３４】
また、ジェットファン１の比較的近傍に設置された手元開閉器箱９は、ジェットファン１の保守点検時等に動力電源供給のＯＮ／ＯＦＦ操作を行うものであり、他の制御とは切り離して操作できることが求められている。そのため、ジェットファン１の運転を制御する回転数制御装置３および起動盤４とジェットファン１を結ぶ動力線の中間（ジェットファン１の比較的近傍）に設置されている。この様な構成の場合、回転数制御装置３がジェットファン１に対して回転数出力中であっても、手元開閉器箱９の操作により動力線を遮断し、動力電源供給の中止を行い、ジェットファン１を停止することが可能となる。この時、回転数制御装置３は出力側配線が遮断されていることを知らされていないため、ジェットファン１への回転数出力を継続し続けている。この状態において、手元開閉器箱９の操作により一旦遮断した動力線の接続を行った場合、ジェットファン１を起動するための大電流が回転数制御装置３を通じて流れることになり、回転数制御装置３が破損に至ることがある。そこで、回転数制御装置３の破損防止として、手元開閉器箱９内に取付けられた回転数制御装置３の運転を停止するスイッチを設ける。または、手元開閉器箱９の扉部に取付けられたリミットスイッチにて扉開を検知し、専用の信号線を通じて回転数制御装置３と接続することで、回転数制御装置３を停止するインターロック機能を設ける。そして、回転数制御装置３の再起動を行う場合は、換気制御装置２または回転数制御装置３にて運転操作を行う。若しくは、手元開閉器箱９に起動スイッチを設ける手段をとっても良い。
【００３５】
この様な構成によれば、回転数制御装置３の出力側で、ジェットファン１を運転中に出力配線が開閉されることを防止でき、回転数制御装置３の破損を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、道路トンネル用ジェットファンを用いた換気システムに用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１      ジェットファン
２      換気制御装置
３      回転数制御装置（インバータ起動盤）
３ａ    運転周波数信号線
４      起動盤
４ａ    運転台数信号線
５      トンネル機械室
６      煙霧透過率測定装置（ＶＩ計）
７      風向風速測定装置（ＡＶ計）
８      一酸化炭素測定装置（ＣＯ計）
９      手元開閉器箱
１０    トンネル
１０１  筒型ケーシング
１０２  モータ
１０３  羽根車
【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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