JPH04306400A - トンネル換気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、道路トンネル内の換気
運転を経済的に行うトンネル換気制御装置に関するもの
である。

【０００３】

【従来の技術】道路トンネルにおいては、トンネル内を
ドライバが安全に走行できるように、（ａ）各時間帯の
煤煙濃度を許容値以下に制御する機能、および（ｂ）各
時間帯のＣＯ濃度を許容値以下に制御する機能、が設け
られると共に、特に都市トンネルにおいては周辺の環境
維持の立場から、（ｃ）坑口からトンネル外部に排出さ
れるＮＯｘ（窒素酸化物）量の１日の積算値を許容値以
下に制御する機能、が重要である。

【０００４】しかしながら、上記（ａ），（ｂ），（ｃ
）の各機能は互いに干渉し合うので、十分な制御がなさ
れていないのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に都市トンネルに
は次のような特徴がある。 （１）　夜間の時間帯には、総交通量が昼間に比較して
少ないので煤煙やＣＯの濃度は低いが、大型車の割合が
多くなるのでＮＯｘの発生量は多い。 （２）　昼間の時間帯では、総交通量が夜間に比較して
多いので煤煙やＣＯの濃度は高くなるが、大型車の割合
が少ないのでＮＯｘの発生量は少ない。

【０００６】ＮＯｘの坑口からの排出量は１日の積算排
出量が問題となる。すなわち最終的には、坑口から排出
されるＮＯｘの周辺への着地濃度［ＰＰＭ］の１日の平
均値が問題となるが、この着地濃度［ＰＰＭ］とＮＯｘ
の坑口からの排出量［ｍ３　／ｓｅｃ　］との相関関係
から１日の積算排出量［ｍ３　］が規制される。従って
各時間帯のＮＯｘの坑口からの排出量規制をうまく割り
振れば、夜間のように総交通量が低く煤煙やＣＯの濃度
の低い時間帯には換気機を停止することも可能である。

【０００７】しかしながら、煤煙濃度およびＣＯ濃度制
御とＮＯｘの坑口からの排出量規制とをうまく協調させ
ないと、昼間は煤煙濃度やＣＯ濃度を抑えるために換気
機が運転され、夜間もＮＯｘ規制だけのために換気機が
運転され、結局のところ終日換気機を運転せざるを得な
いという事態になり、これは省エネルギの点から好まし
くないことである。

【０００８】本発明は上記の問題を考慮してなされたも
ので、各時間帯におけるトンネル内の煤煙やＣＯの濃度
を制御する換気制御機能とＮＯｘの坑口からの１日の積
算排出量を規制する換気制御機能との協調をとることに
よって、換気機の経済的な運転を可能とする合理的なト
ンネル換気制御装置を提供することを目的としている。 ［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】上述のようにＮ
Ｏｘの坑口からの排出量は１日の積算排出量を許容値以
下に抑えればよく、これに対して煤煙濃度およびＣＯ濃
度は、１日を通して連続して一定の許容値以下に抑える
必要がある。従って、煤煙濃度およびＣＯ濃度の制御に
応じてどの程度換気機が運転されるかを見通した上で、
各時間帯のＮＯｘの坑口からの排出量を規制すればよい
。具体的には、（１）　煤煙・ＣＯを制御するための換
気機運転負荷（ＮＯｘ制御を行わないと仮定）に基づい
て、ＮＯｘの坑口からの排出量の各時間帯ごとの予測値
、およびＮＯｘの坑口からの排出量の１日の予測積算値
を求め、上記予測積算値が許容値を上回る分を換気機運
転が予定されている時間帯に割り振ってＮＯｘ規制運転
分を付加する。こうすると換気機運転が予定されていな
い時間帯でＮＯｘ規制のためだけに運転させるよりも、
煤煙濃度・ＣＯ濃度制御のための運転に上乗せ運転をし
た方が電力代増加が少なくなる。なお、どうしても必要
な場合には換気機運転が予定されていない時間帯にも割
り振ってＮＯｘ規制運転を行う、（２）　（現在までの
ＮＯｘ排出量積算値［ｍ３　］）と（煤煙濃度・ＣＯ濃
度制御のみを実施しＮＯｘ規制を行わなかったときに、
現在から２４時までに坑口から排出されるＮＯｘ量の予
測積算値［ｍ３　］）との和が（１日当たりのＮＯｘ排
出量規制値［ｍ３　］）を超過すると、この超過分［ｍ
３　］をその日の残り時間［ｓｅｃ　］で割った値［ｍ
３　／ｓｅｃ　］を（ＮＯｘ規制を行わなかったときに
、その時間帯で排出されるＮＯｘ量の予測値［ｍ３　／
ｓｅｃ　］）から差し引いた値をＮＯｘ排出量上限値［
ｍ３　／ｓｅｃ　］とする、などの方法を用いることが
できる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。図２および
図３はそれぞれ本発明の対象となる道路トンネルの構成
を示したものである。

【００１１】図２に示すタイプの道路トンネルでは、ト
ンネルの途中に立坑Ａを設け、ここから排風機Ｂにより
トンネル内の汚染された空気を集中的に外部に排出する
。従って、排風機Ｂをある程度の風量で運転している限
りは、坑口から汚染された空気が排出される心配はない
。しかしながら、排風機Ｂを停止すると、風が一方の坑
口から他方の坑口へ向かって流れることになり、汚染さ
れた空気が何れか一方の坑口から排出されることになる
。

【００１２】対象しているトンネルのもう１つのタイプ
は、図３に示すように、トンネル途中の立坑Ｃから排風
機Ｄにより汚染された空気を排出すると共に送風機Ｅに
より外部の新鮮な空気をトンネル内に取り入れている。 このタイプでは、排風機・送風機の運転風量により汚染
された空気の坑口からの排出量が変化する。なお通常、
図３のタイプのトンネルにおける排風機と送風機とは同
風量で運転されると考えてよく、両者をまとめて立坑換
気機として取り扱うことができる。従って以下の説明で
は、図２のタイプのトンネルにおける立坑排風機、およ
び図３のタイプのトンネルにおける立坑排風機・送風機
をまとめて立坑換気機と呼ぶことにする。

【００１３】図１において、トラフイックカウンタ（交
通量計測器）１から交通量計測値２が交通量予測演算装
置３に送られ、交通量予測演算装置３で交通量予測値４
が演算され、煤煙・ＣＯ換気負荷演算装置５およびＮＯ
ｘの坑口排出可能量演算装置６に送られる。一方、ＮＯ
ｘの坑口排出量積算装置７には上記の交通量計測値２お
よびＮＯｘ計８からのＮＯｘ計出力９が送られる。１０
は切替スイッチである。煤煙・ＣＯ換気負荷演算装置５
では立坑換気機運転風量計画値１１が、ＮＯｘの坑口排
出可能量演算装置６ではＮＯｘ排出可能量積算値１２と
ＮＯｘ排出量パターン１３が演算され、ＮＯｘの坑口排
出量積算装置７ではＮＯｘ排出量積算値１４が算出され
、それぞれＮＯｘ排出量設定装置１５に送られる。なお
、立坑換気機運転風量計画値１１はＮＯｘの坑口排出可
能量演算装置６にも送られる。ＮＯｘ排出量設定装置１
５では１日当たりのＮＯｘ排出量規制値１５Ａに対応す
るＮＯｘ排出量上限値１６が演算される。なお、換気機
運転風量・台数演算装置１７は通常のトンネル換気制御
装置には常に設けられているものであり、煤煙濃度上限
値１８、ＣＯ濃度上限値１９およびＮＯｘ排出量上限値
１６を考慮して換気機の運転風量・台数を設定する。

【００１４】本発明の機能は１日に１度、午前０時にそ
の日の各時間帯ごとのＮＯｘ排出量上限値の計画を立て
る機能と、ＮＯｘ排出量上限値を各時間帯ごとに見直し
ていく機能とに分かれる。先ず、前者の計画を立てる機
能は、図４のフローチャートに示すように次の手順で処
理される。

【００１５】ＳＴＥＰ　　Ａ１：交通量予測演算装置３
においてその日１日の交通量の推移を予測する。予測に
当たっては、トラフィックカウンタ１の出力である交通
量計測値２の過去一定期間のデータを各時間帯ごとに平
均化処理することにより、各時間帯ごとの、（イ）上り
線大型車交通量［台／ｈ］のその日１日の推移、（ロ）
上り線小型車交通量［台／ｈ］のその日１日の推移、（
ハ）下り線大型車交通量［台／ｈ］のその日１日の推移
、（ニ）下り線小型車交通量［台／ｈ］のその日１日の
推移、を求め、交通量予測値４としてまとめて出力する
。上記平均化処理には公知の方法を用いることが可能で
あり、また平日、休日、休日直前、休日直後などの区別
をしてそれぞれに平均化処理してもよく、さらに各曜日
ごとの区別を加えてもよい。

【００１６】ＳＴＥＰ　　Ａ２：煤煙・ＣＯ換気負荷演
算装置５において、ＳＴＥＰ　　Ａ１で計算された交通
量予測値４をもとに、各時間帯ごとに煤煙濃度およびＣ
Ｏ濃度を許容値以下に抑えるために必要な立坑換気機運
転風量計画値１１を計算する。具体的には、煤煙やＣＯ
などの汚染物質発生量［ｍ３　／ｓｅｃ　］と車道内風
量［ｍ３　／ｓｅｃ　］との比から各汚染物質の濃度が
規定されるので、この値が許容値以下になるように立坑
換気機の風量を求めればよい。

【００１７】ＳＴＥＰ　　Ａ３：ＮＯｘの坑口排出可能
量演算装置６において次の演算を行う。先ず、立坑換気
機運転風量計画値１１に従って、立坑換気機を各時間帯
において運転したと仮定したときに、各時間帯のＮＯｘ
の坑口からの排出量を演算し、これをＮＯｘ排出量パタ
ーン１３として出力する。さらにこの排出量を積算し、
その日１日のＮＯｘの坑口からの排出量演算値を予測し
、これをＮＯｘ排出可能量積算値１２として出力する。

【００１８】ＳＴＥＰ　　Ａ４：ＮＯｘ排出量設定装置
１５において、ＮＯｘ排出量可能量積算値１２と１日当
たりのＮＯｘ排出量規制値１５Ａとを比較し、前者の方
が大きいときは下記ＳＴＥＰＡ４−１およびＡ４−２の
演算を行い、前者が後者以下のときは、ＳＴＥＰ　　Ａ
３で演算したＮＯｘ排出量パターン１３をそのまま、Ｎ
Ｏｘ排出量上限値１６とする。

【００１９】ＳＴＥＰ　　Ａ４−１：立坑換気機を運転
している時間帯の立坑換気機運転風量計画値のみ一様に
ΔＱだけ増加させてやり、ＳＴＥＰ　　Ａ２で演算した
立坑換気機運転風量計画値１１を修正する。この修正は
、前述のように、立坑換気機運転が予定されていない時
間帯でＮＯｘ規制のためだけに運転させるよりも、煤煙
濃度・ＣＯ濃度制御のために行われる運転に上乗せ運転
をしてもそれほど電力代増加につながらないという基本
思想に基づくものである。また、ΔＱを上乗せすること
により、ある時間帯の立坑換気機運転風量計画値が許容
値以上に増大する恐れがあるときは他の時間帯の風量計
画値をさらにΔＱだけ上げてやる。ΔＱを上乗せできる
時間帯が存在しないときは、立坑換気機運転風量計画値
がゼロの時間帯において立坑換気機を運転させる。この
ときは、すでに立坑換気機が運転される予定の時間帯の
隣接時間帯を優先的に選択する。

【００２０】ＳＴＥＰ　　Ａ４−２：再度、ＳＴＥＰ　
　Ａ３に戻る。

【００２１】ＳＴＥＰ　　Ａ５：処理を終了する。

【００２２】以上で、計画を立てる機能の処理を終了す
る。その計画を立てる機能は１日に１回、午前０時に実
施する。次にこの計画で決定した各時間帯のＮＯｘ排出
量上限値を各時間帯ごとに見直していく機能に関する作
用を図５のフローチャートに従って以下に説明する。

【００２３】ＳＴＥＰ　　Ｂ１：ＮＯｘの坑口排出量積
算装置７においてその日の午前０時から現在までのＮＯ
ｘの坑口からの排出量積算値を求め、これをＮＯｘ排出
量積算値１４とする。積算に当たっては、ＮＯｘ計８の
出力から積算してもよいし、ＮＯｘ計が設置されていな
い場合、またはＮＯｘ計の信頼度が低い場合には交通量
計測値２をもとに通行車両から排出されるＮＯｘ量を演
算し、坑口からのＮＯｘ排出量積算値を求めてもよく、
切替スイッチ１０で切替えて入力する。

【００２４】ＳＴＥＰ　　Ｂ２：ＮＯｘの坑口排出可能
量演算装置６において次の演算を行う。先ず、立坑換気
機運転風量計画値１１に従って、立坑換気機を各時間帯
において、運転したと仮定したときに、各時間帯のＮＯ
ｘの坑口からの排出量を演算し、これをＮＯｘ排出量パ
ターン１３として出力する。さらにこの排出量を積算し
、その日の現在から２４時までのＮＯｘの坑口からの排
出量積算値を予測し、これをＮＯｘ排出可能量積算値１
２として出力する。

【００２５】ＳＴＥＰ　　Ｂ３：ＮＯｘ排出量設定装置
１５において次の演算を行う。

【００２６】ＳＴＥＰ　　Ｂ３−１：ＳＴＥＰ　　Ｂ１
で演算されたＮＯｘ排出量積算値１４（その日の午前０
時から現在までのＮＯｘの坑口からの排出量積算値）と
ＳＴＥＰ　　Ｂ２で演算したＮＯｘ排出可能量積算値１
２（その日の現在から２４時までに坑口からの排出が予
想されるＮＯｘの排出量積算値）とを加算し、これを総
排出量予測値２１とする。

【００２７】ＳＴＥＰ　　Ｂ３−２：ＳＴＥＰ　　Ｂ３
−１で演算した総排出量予測値２１と１日当たりのＮＯ
ｘ排出量規制値１５Ａとを比較し、前者の方が大きいと
きは下記ＳＴＥＰ　　Ｂ３−２（１）、Ｂ３−２（２）
の演算を行い、前者が後者以下のときはＳＴＥＰ　　Ｂ
２で演算したＮＯｘ排出量パターン１３をそのままＮＯ
ｘ排出量上限値１６とする。

【００２８】ＳＴＥＰ　　Ｂ３−２（１）：立坑換気機
を運転している時間帯の立坑換気機運転風量計画値のみ
一様にΔＱだけ増加させ、ＳＴＥＰ　　Ａ２で演算した
立坑換気運転風量１１を修正する。この修正は、前述の
ように、立坑換気機運転が予定されていない時間帯でＮ
Ｏｘ規制のためだけに運転させるよりも、煤煙濃度・Ｃ
Ｏ濃度制御のための運転に上乗せ運転をした方が電力代
増加が少ないという基本思想に基づくものである。また
、ΔＱを上乗せすることにより、ある時間帯の立坑換気
機運転風量計画値が許容値以上に増加する恐れのあると
きは、他の時間帯の風量計画値をさらにΔＱだけ上げて
やり、ΔＱを上乗せできる時間帯が存在しないときは、
立坑換気機運転風量計画値がゼロの時間帯において立坑
換気機を運転させる。このときは、すでに立坑換気機が
運転される予定の時間帯の隣接時間帯を優先的に選択す
る。

【００２９】ＳＴＥＰ　　Ｂ３−２（２）：ＳＴＥＰ　
　Ｂ２に戻る。

【００３０】ＳＴＥＰ　　Ｂ４：処理を終了する。

【００３１】以上でＮＯｘ排出量上限値を各時間帯毎に
見直していく機能の処理を終了する。この機能は、一定
周期（５分〜６０分）で行われる。

【００３２】上記のように、本実施例では、（１）交通
量予測値に基づいて坑口からのＮＯｘ排出計画を立てる
とき、ＮＯｘ規制のためだけに立坑換気機を運転する事
態をなるべく避け，煤煙・ＣＯ濃度制御のために立坑換
気機が運転される予定の時間帯を中心にＮＯｘの坑口か
らの排出量を抑える運転を行い、（２）さらに、上記計
画をＮＯｘの坑口からの排出量積算値をチェックするこ
とにより一定周期で見直していく、という構成を用いて
いるので、煤煙・ＣＯ濃度制御とＮＯｘ規制との協調を
とりながら、立坑換気機の経済的な運転を行うことが可
能となる。

【００３３】なお、図２および図３はトンネル途中に立
坑設備が１ヶ所ある場合を示しているが、立坑設備が複
数ヶ所に存在する場合には、上記の立坑換気機の運転風
量を各立坑換気機で分担すればよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｎ
Ｏｘの坑口からの排出量規制と煤煙・ＣＯ濃度制御とを
協調させることにより、ＮＯｘ規制のために無駄な換気
機運転が生じないようにしているので、トンネル内の立
坑換気設備の経済的な運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す制御ブロック図。

【図２】本発明の対象とする道路トンネルの１つのタイ
プを示す概要図。

【図３】本発明の対象とする道路トンネルの他のタイプ
を示す概要図。

【図４】本発明による演算処理の計画機能部を示すフロ
ーチャート。

【図５】本発明による演算処理の見直し機能部を示すフ
ローチャート。

【符号の説明】

１…トラフィックカウンタ、２…交通量計測値、３…交
通量予測演算装置、４…交通量予測値、５…煤煙・ＣＯ
換気負荷演算装置、６…ＮＯｘの坑口排出可能量演算装
置、７…ＮＯｘの坑口排出量積算装置、８…ＮＯｘ計、
９…ＮＯｘ計出力、１０…切替スイッチ、１１…立坑換
気機運転風量計画値、１２…ＮＯｘ排出可能量積算値、
１３…ＮＯｘ排出量パターン、１４…ＮＯｘ排出量積算
値、１５…ＮＯｘ排出量設定装置、１５…ＮＯｘ排出量
設定装置、１５Ａ…１日当たりのＮＯｘ排出量規制御値
、１６…ＮＯｘ排出量上限値、１７…換気機運転風量・
台数演算装置、１８…煤煙濃度上限値、１９…ＣＯ濃度
上限値、２０…換気運転風量・台数指令値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　道路トンネル内の煤煙濃度およびＣＯ
   濃度を各時間帯ごとにそれぞれ許容値以下に制御すると
   共に、坑口から排出されるＮＯｘの１日の積算値を許容
   値以下に規制するトンネル換気制御装置において、一日
   の交通量の推移予測を行う交通量予測演算装置と、交通
   量予測値に基づいて煤煙濃度およびＣＯ濃度がそれぞれ
   許容値以下になるように各時間帯ごとの換気機の負荷を
   演算する煤煙・ＣＯ換気負荷演算装置と、交通量予測値
   に基づいてＮＯｘ規制運転を行わなかったときに、現在
   から予定時刻までに坑口から排出されるＮＯｘ排出量の
   積算値を予測演算するＮＯｘ排出可能量演算装置と、現
   在までの実際のＮＯｘ排出量の積算値を算出するＮＯｘ
   排出量積算装置と、上記ＮＯｘ排出量の予測積算値と実
   際積算値の和を所定のＮＯｘ排出量規制値と比較し、前
   者が後者より大きいときその差に応じて換気機の負荷を
   ＮＯｘ規制所要分だけ高めるＮＯｘ排出量設定装置を備
   えたことを特徴とするトンネル換気制御装置。