(57)【要約】【課題】換気ファン定格風量もしくは換気ファン最小風量が脱硝装置定格風量を上回るトンネル換気設備であっても、常に脱硝装置に定格以上の風量が流れないようにすること。【解決手段】換気ファン６と脱硝装置４を用いてトンネル内空気を浄化する道路トンネル換気設備において、トンネル本坑１内の空気を脱硝装置４を通過してトンネル外へ排出する脱硝ダクト７と、脱硝装置４を通過せずトンネル外へ排出するバイパスダクト８と、バイパスダクト８内に設けたバイパスダンパ５を有し、換気ファン６は脱硝ダクト７とバイパスダクト８を通過する空気を外部からの換気風量指令に応じた風量となるように風量を変更し、バイパスダンパ５は開度を変えて脱硝ダクト７を通過する風量を所定風量以下にする制御を備え、換気風量の一部をバイパスダクトへ逃がす。【選択図】図１
2012225113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
換気ファンと脱硝装置を用いてトンネル内空気を浄化する道路トンネル換気設備において、前記トンネル内の空気を前記脱硝装置を通過してトンネル外へ排出する脱硝ダクトと、前記脱硝装置を通過せずトンネル外へ排出するバイパスダクトと、前記バイパスダクト内に設けたバイパスダンパを有し、前記換気ファンは前記脱硝ダクトと前記バイパスダクトを通過する空気を外部からの換気風量指令に応じた風量となるように風量を変更し、前記バイパスダンパは開度を変えて前記脱硝ダクトを通過する風量を所定風量以下にする制御を備えたトンネル換気制御システム。
【請求項２】
前記バイパスダンパの開度制御信号と開度状態返送信号を常時比較し、前記換気ファンの運転風量に対して前記バイパスダンパが予め設定された開度であることを常時監視する制御を備えた請求項１記載のトンネル換気制御システム。
【請求項３】
前記バイパスダンパの開度制御信号と開度状態返送信号が一致しない場合に前記換気ファンを停止する制御を備えた請求項２記載のトンネル換気制御システム。
【請求項４】
前記換気ファン起動時に前記バイパスダンパを一旦全開にし、前記換気ファンの風量が換気風量指令値に安定した後に前記バイパスダンパの開度を小さくする制御を備えた請求項２記載のトンネル換気制御システム。
【請求項５】
前記換気ファンの風量変更時には前記バイパスダンパを一旦全開にし、前記換気ファンの風量が換気風量指令値に安定した後に前記バイパスダンパの開度を小さくする制御を備えた請求項２記載のトンネル換気制御システム。
【請求項６】
前記バイパスダンパの開度制御信号の入力が断たれた場合には前記バイパスダンパを全開にする制御を備えたトンネル換気制御システム。
【請求項７】
前記換気ファンの停止時には前記バイパスダンパを全開にする制御を備えたトンネル換気制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車道路トンネル内の空気の窒素酸化物を除去する脱硝装置と換気ファンを用いたトンネル換気設備において、脱硝装置を通過する風量を所定風量以下にする制御を備えたトンネル換気制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高揚から自動車道路トンネルの換気設備に脱硝装置を設置するニーズが高まっている。
【０００３】
トンネル換気設備において脱硝装置は、換気ファンの運転によりトンネル内の空気が通過することで窒素酸化物を除去する役割を持つ。
【０００４】
窒素酸化物が除去された空気は、換気所の排気塔から大気に排気される、または再びトンネル内に戻される。
【０００５】
尚、これらのトンネル換気設備は、トンネル内の空気を脱硝装置に通して窒素酸化物を除去する脱硝ダクトと、この脱硝ダクトと並列に設けたバイパスダクトが設けられており、この両ダクトの少なくとも一方に開度制御可能なバイパスダンパを設けることで脱硝装置を通る風量を調節している。
【０００６】
特許文献１では、二酸化窒素濃度分析計によって検出された二酸化窒素濃度によってバイパスダンパの開度を制御することが示されている。
【０００７】
ところがトンネル換気設備に脱硝装置の設置スペースが無いことや、維持管理にコストが掛かることなどから設備全体の換気風量（換気ファン定格風量）に対して脱硝装置定格風量を減らすトンネル換気設備が近年増えている。
【０００８】
この場合、換気ファン定格風量と脱硝装置定格処理風量が異なるため、交通量やトンネル内の光透過率から決まる換気風量指令に応じた換気ファン運転風量が脱硝装置定格風量を上回るケースがあり、その時バイパスダクトへ換気風量の一部を逃がすことで脱硝ダクトを通る風量が脱硝装置定格風量以下になるようにバイパスダンパの開度制御が必要になる。
【０００９】
つまり、バイパスダンパは換気ファン運転風量に応じて開度を調整し、脱硝装置定格風量を上回らないように配慮したあらたな制御が必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２８５５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
換気ファン定格風量が脱硝装置定格風量を上回るトンネル換気設備の場合、脱硝装置に定格以上の風量が流れることが懸念される。この場合、脱硝装置における圧力損失がファンの能力以上に増加することで換気風量指令に応じた風量を確保できないばかりか、換気ファンの電力浪費、窒素酸化物除去率の低下、および脱硝装置内部の窒素酸化物吸収剤または吸着剤等が破損する問題がある。
【００１２】
更に、換気ファン最小風量が脱硝装置定格風量を上回るトンネル換気設備の場合、常に換気風量の一部をバイパスダクトへ逃がさなければ脱硝装置に定格以上の風量が流れることとなり、同様の課題が懸念される。
【００１３】
また、上記課題は換気ファンの起動時や換気ファン運転中に翼角を変えて行う風量変更時にも注意する必要がある。特に換気風量増加時にはバイパスダンパの開度調整を確実に行わなければ、脱硝装置に定格以上の風量が流れることとなる。
【００１４】
そこで本発明は、上記課題を解決するために、換気ファン定格風量もしくは換気ファン最小風量が脱硝装置定格風量を上回るトンネル換気設備であっても、常に脱硝装置に定格以上の風量が流れないように制御するトンネル換気制御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】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のトンネル換気制御システムは、換気ファンと脱硝装置を用いてトンネル内空気を浄化する道路トンネル換気設備において、前記トンネル内の空気を前記脱硝装置を通過してトンネル外へ排出する脱硝ダクトと、前記脱硝装置を通過せずトンネル外へ排出するバイパスダクトと、前記バイパスダクト内に設けたバイパスダンパを有し、前記換気ファンは前記脱硝ダクトと前記バイパスダクトを通過する空気を外部からの換気風量指令に応じた風量となるよう翼角を変えて送風し、前記バイパスダンパは開度を変えて前記脱硝ダクトを通過する風量を所定風量以下にする制御を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、換気ファン定格風量もしくは換気ファン最小風量が脱硝装置定格風量を上回るトンネル換気設備であっても、常に脱硝装置に定格以上の風量が流れことがなく、脱硝装置における圧力損失が換気ファンの能力以上に増加することを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１の換気ファン、脱硝装置およびバイパスダンパを備えたトンネル換気設備を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態１の換気風量指令と換気ファンの翼角を決定する翼角制御信号の関係を示すグラフ
【図３】本発明の実施の形態１のバイパスダンパの開度と開度制御信号の関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１の換気ファン起動時の翼角制御およびバイパスダンパの開度制御を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態１の換気ファン風量変更時の翼角制御およびバイパスダンパの開度制御を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の請求項１記載のトンネル換気制御システムは、換気ファンと脱硝装置を用いてトンネル内空気を浄化する換気設備において、トンネル内の空気を前記脱硝装置を通過してトンネル外へ排出する脱硝ダクトと、前記脱硝装置を通過せずトンネル外へ排出するバイパスダクトと、前記バイパスダクト内に設けたバイパスダンパを有し、前記換気ファンは前記脱硝ダクトと前記バイパスダクトを通過する空気を外部からの換気風量指令に応じた風量となるよう翼角を変えて送風し、前記バイパスダンパは開度を変えて前記脱硝ダクトを通過する風量を所定風量以下に制御するものである。これにより、換気ファン定格風量もしくは換気ファン最小風量が脱硝装置定格風量を上回るトンネル換気設備であっても脱硝装置に定格以上の風量が流れることはなく、脱硝装置前後の圧力差が換気ファンの能力以上に増加せず、また脱硝装置を通過する汚染空気中の二酸化窒素は期待される除去効率を得られる。
【００１９】
本発明の請求項２記載のトンネル換気制御システムは、前記バイパスダンパの開度制御信号と開度状態返送信号を常時比較し、前記換気ファンの運転風量に対して前記バイパスダンパが予め設定された開度であることを常時監視する制御を備えたものである。これにより換気ファン定格風量もしくは換気ファン最小風量が脱硝装置定格風量を上回るトンネル換気設備であっても、脱硝装置通過風量が定格風量を常に上回ることがなく、脱硝装置前後の圧力差が換気ファンの能力以上に増加せず、また脱硝装置を通過する空気中の窒素酸化物は期待される除去効率を得られる。
【００２０】
本発明の請求項３記載のトンネル換気制御システムは、前記バイパスダンパの開度制御信号と開度状態返送信号が一致しない場合に前記換気ファンを停止する制御を備えたものである。これによりバイパスダンパの機構に不具合があっても脱硝装置に定格以上の風量が流れることはなく、脱硝装置前後の圧力差が換気ファンの能力以上に増加することはない。
【００２１】
本発明の請求項４記載のトンネル換気制御システムは、前記換気ファン起動時に前記バイパスダンパを一旦全開にし、前記換気ファンの風量が換気風量指令値に安定した後に前記バイパスダンパの開度を小さくする制御を備えたものである。これにより換気ファンの起動から風量が安定するまでに掛かる時間よりバイパスダンパの開度調整完了に掛かる時間が長い場合でも、脱硝装置に定格以上の風量が流れることはない。
【００２２】
本発明の請求項５記載のトンネル換気制御システムは、前記換気ファンの風量変更時には前記バイパスダンパを一旦全開にし、前記換気ファンの風量が換気風量指令値に安定した後に前記バイパスダンパの開度を小さくする制御を備えたものである。これにより風量増加時に換気ファン風量変更開始から指令風量に安定するまでに掛かる時間よりバイパスダンパの開度変更完了に掛かる時間が長い場合、または風量減少時に換気ファン風量変更開始から指令風量に安定するまでに掛かる時間よりバイパスダンパの開度変更完了に掛かる時間が短い場合でも、脱硝装置に定格以上の風量が流れることはない。
【００２３】
本発明の請求項６記載のトンネル換気制御システムは、前記バイパスダンパの開度制御信号の入力が断たれた場合には前記バイパスダンパを全開にする制御を備えたものである。
【００２４】
本発明の請求項７記載のトンネル換気制御システムは、前記換気ファンの停止時には前記バイパスダンパを全開にする制御を備えたものである。
【実施例】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本実施例による換気ファン、脱硝装置およびバイパスダンパを備えたトンネル換気設備を示す模式図である。１はトンネル本坑、２は換気搭、３はトンネル本坑１内と換気搭２を連通する換気ダクト、４は脱硝装置、５はバイパスダンパ、６は換気ファン、７は脱硝装置４を通過した空気を換気ファンへ導く脱硝ダクト、８はバイパスダンパ５を通過する空気を換気ファン６へ導くバイパスダクト、９はトンネル本坑の空気を換気ダクト３へ導く吸込口、１０は換気ファン６及び脱硝装置４、バイパスダンパ５の運転を制御する制御盤、１１はトンネル本坑内の光透過率を計測するＶＩ計、１２は交通量測定装置である。尚、図１では、換気ファン６を通過した空気はトンネル外部の大気へ放出しているが、大気へ放出せずにそのままトンネル本坑１に戻す場合もある。バイパスダンパ５は、全閉にすると、トンネル排気空気は、全て脱硝装置４を通過することになる。
【００２７】
上記構成において、ＶＩ計１１または、交通量測定装置１２の出力値により必要な換気風量が制御盤１０へ指令される。換気風量指令を受けた制御盤１０は換気ファン６を運転する。換気ファン６の運転によりトンネル本坑１内の空気が吸込口９より換気ダクト３内に吸込まれ、脱硝装置４を通過する空気中の窒素酸化物が除去される。制御盤１０は常に換気風量指令を受け、その信号に応じて換気ファン６へ翼角制御信号を出力し翼角を変えて風量制御する。次に制御盤１０はバイパスダンパ５へ開度制御信号を出力し、脱硝装置４を通過する風量が常に脱硝装置４の定格風量となるように制御している。
【００２８】
なお、本実施例では、換気ファン６は、その翼角を制御して風量を変更する手段を備えたもので説明する。換気ファン６の風量を変更する手段は、翼角の制御以外に回転数を変えるなど他の方式であっても構わない。
【００２９】
以下に換気風量指令に対する換気ファン６とバイパスダンパ５の制御方法についてより具体的に説明する。はじめに、図２は換気風量指令と換気ファン６の翼角を決定する翼角制御信号の関係を示すグラフの一例である。制御信号にはＤＣ４−２０ｍＡの電流を用いている。換気風量指令が最小風量の場合、制御盤１０は換気ファン６へＤＣ４ｍＡを出力し、換気ファン６の翼角を最小に制御する。反対に換気風量指令が最大風量の場合、制御盤１０は換気ファン６へＤＣ２０ｍＡを出力し、換気ファン６の翼角を最大に制御する。尚、換気風量指令が最小風量と最大風量の間にある場合、制御盤１０は図２に示す直線で求まる翼角制御信号を換気ファン６へ出力し、翼角を制御する。このとき、制御盤１０は換気ファン６へ出力した翼角制御信号と換気ファン６の翼角状態返送信号の差を監視し、例えば、その差が５％以上かつ１０分以上継続した場合には換気ファン６を停止する。
【００３０】
このように換気ファン６の翼角を制御することで、換気ダクト３には換気風量指令に応じた風量が送風される。この時バイパスダクト８に設けたバイパスダンパ５が仮に全閉であれば、換気ファン６で送風するすべての風量が脱硝ダクト７を通ることとなる。脱硝ダクト７を通る風量が脱硝装置４の定格風量より多い場合には、バイパスダンパ５を開くことで一部の風量をバイパスダクト８側へ逃がす。このようにして、脱硝ダクト７を通る風量を脱硝装置４の定格風量以下にすることが可能になる。つまり、換気風量指令の入力に対して、換気ファン６の翼角制御およびバイパスダンパ５の開度を順次制御することが必要になる。
【００３１】
そこで、図３を用いて換気制御指令とバイパスダンパ５の開度について説明する。図３はバイパスダンパ５の開度と開度制御信号の関係を示すグラフの一例である。制御信号にはＤＣ４−２０ｍＡの電流を用いている。図中の開度は９０°の時が全開、０°の時が全閉をあらわしている。
【００３２】
ここで、開度制御信号とバイパスダンパ５の開度の関係は、換気ファン６の最小風量Ｑ0と脱硝装置４の定格風量Ｑ1の関係により場合分けが必要となる。
【００３３】
まず、図３の直線（ａ）は、Ｑ0＞Ｑ1の時の一例を示している。この場合、換気ファン６が最小風量であっても、バイパスダンパ５を開けてバイパスダクト８に排気空気を通す。
【００３４】
次に図３の直線（ｂ）は、Ｑ0＝Ｑ1の時の一例を示している。この場合、換気ファン６が最小風量のときに、バイパスダンパ５を全閉にする。そして、換気ファン６への換気風量指令が最小風量より多ければ、徐々に開度が大きくなり、バイパスダクト８側へ一部の風量を逃がす。
【００３５】
最後に図３の直線（ｃ）は、Ｑ0＜Ｑ1の時の一例を示している。この場合、換気ファン６が最小風量の時には、バイパスダンパ５の開度は全閉である。そして、換気ファン６への換気風量指令が増加し、換気風量がＱ1よりも大きくなったとき、バイパスダンパ５を開き、バイパスダクト８側へ一部の風量を逃がす。
【００３６】
ここで、換気ファン６が最大風量で運転する場合、バイパスダンパ５を全開にすることによって、脱硝ダクト７を通る風量は脱硝装置４の定格風量になるように設計される。すなわち、換気ファン６への換気風量指令が最大風量の場合、バイパスダンパ５の開度は直線（ａ）（ｂ）（ｃ）共通で最大になる。
【００３７】
尚、開度制御信号が最小風量と最大風量の間の場合、制御盤１０は図３に示す直線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で求まるそれぞれの開度に制御する。このようにバイパスダンパ５の開度を制御し、バイパスダクト８側へ所定の風量を逃がせば、脱硝装置４に定格以上の風量が流れることはない。
【００３８】
尚、ここでは換気風量指令と翼角および開度の関係を直線で示したが、実際にはトンネル本坑１、換気ダクト３、脱硝装置４、吸込口９などの圧力損失が風量（風速）により異なるため、翼角と風量および開度と風量の関係を実測し求めた値（実測点を結んだ線）で示すほうが脱硝ダクト７へ流れる風量をより精度高く制御可能になる。つまり、換気風量と翼角制御信号およびバイパスダンパ５の開度と開度制御信号の関係は運用開始前に調整すると良い。
【００３９】
また、制御盤１０は換気ファン６の翼角と同様にバイパスダンパ５の開度制御信号と開度状態返送信号の差を監視する。その差が例えば５％以上かつ１分以上継続した場合には換気ファン６を停止する。これにより、換気風量に応じてバイパスダクト８側へ逃がす風量が意図しない状態を回避可能となり、脱硝装置４に定格以上の風量が流れ続けることがない。
【００４０】
次に、換気ファン６の起動時の制御方法について図４を用いて説明する。制御盤１０は外部から換気ファン起動要求が入力されると、換気ファン６を起動する。同時に制御盤１０はバイパスダンパ５に換気ファン起動中の信号を予め設定された時間出力し、換気ファン起動中の信号が入力される間、バイパスダンパ５の開度を全開にする。換気ファン起動後、制御盤１０は換気ファン６に翼角制御信号を出力し風量を変更する。この時、翼角制御信号と換気ファン６の翼角状態返送信号が一致すれば、バイパスダンパ５に換気風量指令に応じた開度制御信号を出力し開度を制御する。これにより、換気ファン６の起動時にも脱硝装置４に定格以上の風量が流れることがない。
【００４１】
次に換気ファン６の風量変更時の制御方法について図５を用いて説明する。換気風量指令値に変更があれば、制御盤１０はバイパスダンパ５を全開にする。次に、換気ファン６に換気風量指令に応じた翼角制御信号を出力し、風量を変更する。この時、翼角制御信号と換気ファン６の翼角状態返送信号が一致すれば、バイパスダンパ５に換気風量指令に応じた開度制御信号を出力し開度を制御する。これにより、換気ファン６の風量変更時にも脱硝装置４に定格以上の風量が流れることがない。
【００４２】
尚、制御盤１０からバイパスダンパ５への開度制御信号の入力が断たれた場合には開度を全開に制御する。
【００４３】
また、換気ファン６を停止する場合は、制御盤１０はバイパスダンパ５の開度を全開に制御する。このようにバイパスダンパ５の開度を全開に制御すれば、いかなる換気風量においてもバイパスダクト８側へ逃がす風量が最大となり、脱硝装置４に定格以上の風量が流れることがない。
【００４４】
尚、本実施例では、バイパスダンパ５の位置をバイパスダクト８側としたが、バイパスダクト８側と脱硝ダクト７側の両者に設けても良い。
【００４５】
また、本実施例では、バイパスダンパ５の開度を任意に設定できるようにしたが、全開全閉のみのバイパスダンパ５を複数台設置し、台数制御しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、換気ファン定格風量もしくは換気ファン最小風量が脱硝装置定格風量を上回るトンネル換気設備の脱硝装置バイパスダンパの開度制御方法であって、自動車道路トンネルの排気ガスの浄化に適している。
【符号の説明】
【００４７】
１    トンネル本坑
２    換気搭
３    換気ダクト
４    脱硝装置
５    バイパスダンパ
６    換気ファン
７    脱硝ダクト
８    バイパスダクト
９    吸込口
１０  制御盤
１１  ＶＩ計
１２  交通量測定装置
【図１】
2012225113.tif 000003
【図２】
2012225113.tif 000004
【図３】
2012225113.tif 000005
【図４】
2012225113.tif 000006
【図５】
2012225113.tif 000007