(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、ファン効率の極大点の回転数で運転する複数台のジェットファン１主号機と、任意の回転数で運転する１台のジェットファン１補助号機とで構成される。そして、ジェットファン１主号機の運転台数制御とジェットファン１補助号機のファン回転数制御とで必要換気風量をまかなう。【選択図】図７
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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は、ファン回転数可変機構を備え、さらに、前記ジェットファンは、ファン効率の極大点の回転数で運転する複数台の主号機と、任意の回転数で運転する１台の補助号機とで構成され、前記主号機の運転台数制御と前記補助号機のファン回転数制御とで必要換気風量をまかなう道路トンネル換気システム。
【請求項２】
前記ジェットファンは、主号機、補助号機ともに定格周波数の約６０％以上で運用されることを特徴とする請求項１記載の道路トンネル換気システム。
【請求項３】
前記ジェットファンの主号機の回転数を約６５％とする請求項２記載の道路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、ジェットファンを用いた道路トンネル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の天井に設置されるジェットファンは、図１に示すように、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２段構成となっている。この羽根車を電動機により回転駆動させることにより、空気流を発生させ、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、天候や交通状況により変化する必要換気風量に対して、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。
【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、効率良く換気を行う機能を有するジェットファンを提案する。
【０００７】
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、必要換気風量に対してファン効率の極大点の周波数で基本的に運転させ、さらに残りの必要換気風量をまかなう調整用ジェットファンを用い、台数制御ではなく周波数による制御にした換気システムで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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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る、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用い、さらにそのジェットファンは回転数可変機構を備えているトンネル換気システムにおいて、前記ジェットファンは、ファン回転数可変機構を備え、さらに、前記ジェットファンは、ファン効率の極大点の回転数で運転する複数台の主号機と、任意の回転数で運転する１台の補助号機とで構成され、前記主号機の運転台数制御と前記補助号機のファン回転数制御とで必要換気風量をまかなうトンネル換気システムである。
【０００９】
また、他の手段は、主号機、補助号機ともに定格周波数の約６０％以上で運用されることを特徴とする請求項１記載のトンネル換気システムである。
【００１０】
また、他の手段は、前記ジェットファンの主号機の回転数を約６５％とする請求項２記載のトンネル換気システムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、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は、ファン回転数可変機構を備え、さらに、前記ジェットファンは、ファン効率の極大点の回転数で運転する複数台の主号機と、任意の回転数で運転する１台の補助号機とで構成され、前記主号機の運転台数制御と前記補助号機のファン回転数制御とで必要換気風量をまかなうトンネル換気システムにより、必要換気風量に対して、ジェットファンの最適な運転が可能であり、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】
【００１２】
【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レイアウト図
【図３】同ジェットファンの１台の性能曲線図（周波数−風速曲線）
【図４】同ジェットファンの１台の性能曲線図（周波数−電力曲線）
【図５】同ジェットファンの１台の性能曲線図（周波数−ファン効率曲線）
【図６】同道路トンネル換気システムの運転パターン図
【図７】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
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の請求項１記載の道路トンネル換気システムは、
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は、ファン回転数可変機構を備え、さらに、前記ジェットファンは、ファン効率の極大点の回転数で運転する複数台の主号機と、任意の回転数で運転する１台の補助号機とで構成され、前記主号機の運転台数制御と前記補助号機のファン回転数制御とで必要換気風量をまかなうトンネル換気システムであり、必要換気風量に対して、複数のジェットファンでそれを実現するのに、それぞれのジェットファンの周波数を可変して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。
【００１４】
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。
【００１５】
（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２）の天井に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。
【００１６】
ジェットファン１は、例えば外径１２００ｍｍ、全長４２５０ｍｍ、内径１０３０ｍｍのような大きなサイズである。そしてこのジェットファン１を定格電圧４４０Ｖ、定格周波数６０Ｈｚで、インバータ盤をつないで周波数を可変させた運転をおこなったところ、図３に示すような特性が得られた。すなわち、周波数に対する風速の関係は、周波数６０％以上においては周波数と風速はほぼ比例している。しかし、周波数６０％以下においては急激に減少し、ほとんどファンとしての性能を保っていないことがわかる。
【００１７】
また、そのときの周波数に対する軸動力（電力）の関係を図４に示す。こちらも周波数６０％以上においては、理論値とほぼ同じ結果が得られたが、周波数６０％以下においては、理論値から大きく外れるということがわかった。
【００１８】
そこで、風速、軸動力の測定結果より、ファン効率を算出した。このファン効率というのは、軸動力をどれだけ空気動力に変換できるかを示す値で、電気エネルギーから空気エネルギーへの変換効率である。その周波数ごとのファン効率の結果を図５に示す。
【００１９】
これによると、周波数が約６０％を下回るとファン効率は急激に減少し、ファンとしての性能を保てないことがわかる。このファン効率が急激に低下する変化点を性能限界点Ｓとし、このときの運転周波数をｆsとする。また、ファン効率は、極大点を持つことがわかり、この条件においてはその値が約６５％付近であった。つまり、この周波数においてジェットファン１を運転させることが効率良く電気エネルギーを空気エネルギーに変換した運転を行っていると言え、省エネ運転しているということになる。
【００２０】
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、複数台のジェットファン１の運転方式として、必要換気風量に対してファン効率の極大点の周波数での運転をするジェットファン１を主号機とし、その主号機を複数台と、さらに任意の回転数で運転する１台の補助号機とで構成することによって、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。ただし、補助号機は、性能限界点Ｓ（周波数ｆs）以上で運転するものである。
【００２１】
この換気システムについてさらに詳しく説明する。
【００２２】
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２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３内に設けられたインバータ盤４とで構成されている。このインバータ盤４には、各ジェットファン１に接続されたインバータ装置が備えられている。このインバータ装置によって、各ジェットファン１の回転数制御を行う。また、トンネル機械室３内には、換気制御装置が設けられていて、トンネル２内の空気の汚染状況、トンネル２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の運転台数とその運転回転数を決定し、ジェットファン１の運転制御を行っている。
【００２３】
ここで、必要換気量とは、トンネル２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２の換気は、自動車等の通行量による交通換気力、トンネル２外の外風による自然換気力、トンネル２内に設置されたジェットファン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２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、運転回転数が求められるのである。なお、ＶＩ値、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。
【００２４】
次に、ジェットファン１の運転台数、運転回転数を出力する方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。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１をｎ台、回転数１００％で運転したとき推力Ｑが必要である。そこで、ジェットファン１の主号機の推力（ファン効率極大点で運転したときの推力）をＱ1とする。さらに、定格運転（回転数１００％）のときのジェットファン１の推力をＱmaxとする。
【００２５】
まず、ベースとなるジェットファン１主号機の運転台数ｎ(-1)を仮に算出する。この仮のジェットファン１主号機の運転台数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主号機の運転台数ｎ(-1)で出力される推力と必要な推力との差ΔＱを求める。
【００２６】
ΔＱ＝Ｑ−Ｑ1×ｎ(-1)・・・・・・・・・・・・・・・・・（式１）
このΔＱがΔＱ≦Ｑmax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＞Ｑmax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)＋１（＝Ｑ／Ｑ1の商）とする。
【００２７】
一方、ジェットファン１の補助号機は、ΔＱ≦Ｑmaxのとき、補助号機の推力がΔＱとなる回転数で運転する。すなわち、補助号機の運転回転数は、√（ΔＱ／Ｑmax）×１００％である。また、ΔＱ＞Ｑmaxのときは、性能限界点Ｓ、すなわち回転数ｆsで運転する。
【００２８】
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でそれを実現するのに、複数の主号機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。
【００２９】
また、インバータ制御する上では、周波数６０％以上で回転することによって、期待される風量が得られる。
【００３０】
また、６５％を主号機にすることで、全体的に効率の良い運転が実現できる。
【実施例】
【００３１】
このような運転方式について、消費電力で省エネ効果を比較した。
【００３２】
まず、必要推力を定格運転（回転数１００％）のときの推力Ｑmaxを基準に決定する。すなわち、必要な推力がＱmax×１と算出されたときを１．０、Ｑmax×２．５と算出されたとき２．５とする。
【００３３】
（実施例）
実施例は、上記実施の形態で説明した、ジェットファン１の主号機の運転回転数を６５％とし、ジェットファン１の補助号機１台を任意の回転数で運転させるものである。ジェットファン１が回転数６５％で運転すると、ファン効率は８４．６％となる。なお、性能限界点Ｓの運転周波数を６０％としている。
【００３４】
（比較例）
比較例は、従来行われていた、ジェットファン１の全数を回転数１００％で運転し、推力を運転台数で制御する方式である。すなわち、ジェットファン１の運転台数は、必要推力Ｑを定格推力Ｑmaxで割った値を小数点以下切り上げた整数値とする方式である。
【００３５】
（比較結果）
その比較結果を図６に示す。消費電力は、ジェットファン１台の定格運転時の消費電力を１００％として算出した。推力Ｑ（必要換気量）はジェットファン１全数を運転回転数１００％で運転したときに必要になる運転台数で示す。そして、ジェットファン１の主号機は、運転回転数６５％であるが、この運転回転数６５％時の出力風量は、運転回転数二乗分の１となるので、１００％運転時の１／２．３７である。すなわち、推力Ｑに約２．３７倍すると、推力Ｑの時に、ジェットファン１主号機（運転回転数６５％）の必要な運転台数となる。
【００３６】
例えば、１００％運転時の台数が１．５台であったときを例にして説明する。比較例では、回転数１００％運転を２台運転することとなり、消費電力はトータル２００％となる。一方、実施例においては、回転数６５％運転の主号機は２台、補助号機は８１％運転となる。このときの消費電力はトータル１０８．９％となり、実施例の方が比較例よりも省エネとなる。
【００３７】
このように他の１００％運転時の台数のときも同様にシミュレーションしたとき、全て本方式は従来方式よりも省エネ効果があるということがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
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】
【００３９】
１  ジェットファン
２  トンネル
３  トンネル機械室
４  インバータ盤
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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【図７】
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