JP2008057168A - トンネル換気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トンネル内の換気状態を管理し、トンネル内の換気状態を管理するために掛かる電力を低減することのできるトンネル換気制御装置を提供することにある。
【解決手段】 車両感知器２により計測した計測値に基いて、交通量を予測し、予測した交通量がトンネル内に進入したとすると、全ての換気機５を停止した場合、トンネル内の換気状態がどのようになるかを計算し、計算した換気状態に基いて、換気機５の運転又は停止を判断するトンネル換気制御装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トンネルの換気を制御するトンネル換気制御装置に関する。

道路トンネルにおいては、トンネル利用者の安全性・快適性を確保するために、視環境を確保し、トンネル内の汚染物質を許容値以下に維持することが望まれる。そのため、トンネル内に設置されたジェットファンなどの換気機を用いて換気制御が行われている。

トンネルの換気にはさまざまな方式があるが、近年、環境に対する意識の高まりから、集中排気式と呼ばれる方式を採用する場合が増加している。例えば、通行方向が一方向の一方通行トンネルと呼ばれるタイプの場合、トンネル出口部付近に排風機を設置し、トンネル両坑口から外部の空気を吸い込み、汚染物質を含んだトンネル内の空気を外部に排出する。外部への排出時には汚染物質の除去を行う場合もある。このようにして、集中排気式トンネルではトンネル坑口からの汚染物質流出を防止し、坑口周辺の環境に対する影響を極力小さくしている。

また、集中排気式トンネルでは、濃度の高い汚染物質の坑口からの吹き抜けを防止するため、トンネル内の汚染物質濃度を許容値以下に維持するのみならず、常にトンネル内部（排風機）に向かって風を流す必要がある。この状態を集中排気状態と呼ぶ。集中排気式トンネルでは、集中排気状態を維持するために、風速制御を行っている。これにより、集中排気状態を維持し、坑口周辺環境への影響を極力小さくしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１８６４９８号公報

しかしながら、上述のようなトンネルの換気方式では、トンネル内の換気状態を管理し、トンネル内の換気状態を管理するために掛かる電力（主に、換気機の運転に要する電力）を低減することに限界がある。

そこで、本発明の目的は、トンネル内の換気状態を管理し、トンネル内の換気状態を管理するために掛かる電力を低減することのできるトンネル換気制御装置を提供することにある。

本発明の観点に従ったトンネル換気制御装置は、トンネル内に設置された換気機を制御し、前記トンネル内の換気をするトンネル換気制御装置において、交通量に関する情報である交通情報を取得するための交通情報取得手段と、前記交通情報取得手段により取得された前記交通情報に基いて、交通量を予測する交通量予測手段と、前記交通量予測手段により予測された交通量に基いて、トンネル内の換気状態を計算する換気状態計算手段と、
前記換気状態計算手段により計算された前記換気状態に基いて、前記換気機の運転又は停止を判断する換気機運転判断手段とを備えた構成である。

本発明によれば、トンネル内の換気状態を管理し、トンネル内の換気状態を管理するために掛かる電力を低減することのできるトンネル換気制御装置を提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図である。なお、以降における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

本トンネル換気制御装置は、車両感知器２と、車両感知器２から情報を受信する通信路により接続された制御部１と、制御部１からの指令を受信する通信路により接続された集中排風機３及び８台のジェットファン４とからなる。なお、換気機５は、集中排風機３及びジェットファン４の総称である。

図２は、第１の実施形態に係るトンネル換気制御装置を構成する各機器の設置場所を示す模式図である。

トンネルＴＮは、本トンネル換気制御装置が適用されるトンネルである。トンネルＴＮは、通行方向が一方向である一方通行トンネルである。車両は、走行方向ｆｓに走行する。トンネルＴＮは、車両が進入する側の抗口を入口抗口、車両が出る側の抗口を出口抗口とする。

制御部１は、本トンネル換気制御装置を管理及び制御するための装置である。制御部１は、主にコンピュータからなる。制御部１は、車両感知器２から受信した情報に基いて、本トンネル換気制御装置における種々の演算を行う。制御部１は、本トンネル換気制御装置における各種データの管理を行う。例えば、制御部１は、記憶部を有している。制御部１は、必要に応じて、この記憶部からのデータの取り出し、記憶部へのデータの書き込みなどの管理を行う。制御部１は、本トンネル換気制御装置を構成する機器（例えば、車両感知器２、集中排風機３又はジェットファン４など）の制御を行う。

車両感知器２は、車両を感知し、交通量を計測する機器である。車両感知器２は、トンネル内を走行する車両の台数を計測するために設けられている。車両感知器２は、計測した交通量を制御部１に送信する。

集中排風機３は、トンネル出口付近に設置され、トンネル両坑口から外部の空気を吸い込み、汚染物質を含んだトンネル内の空気を外部に排出する。集中排風機３は、入口抗口からトンネル内部（集中排風機３）への空気の流れｆ２及び出口抗口からトンネル内部（集中排風機３）への空気の流れｆ３を作り出す。集中排風機３は、これらの空気の流れｆ２，ｆ３により、汚染物質をトンネル外へ排出する。汚染物質は、自動車の排気ガスに含まれる煤煙や一酸化炭素などである。集中排風機３は、制御部１からの指令に応じて、運転又は停止の制御がされる。集中排風機３は、制御部１からの運転風量指令値に応じて、風量が制御される。

ジェットファン４は、汚染物質をトンネル内に滞留させないための送風機である。ジェットファン４は、集中排風機３に対して、出口抗口側に設けられている。ジェットファン４は、通常は集中排風機３と共に使用し、出口抗口から集中排風機３への空気の流れｆ３を作り出す補助をするために使用される。但し、ジェットファン４は、トンネル内部から出口抗口側への空気の流れを作り出すこともできる。ジェットファン４は、制御部１からの運転台数指令値に応じて、ジェットファン４の運転する台数が制御される。ジェットファン４は、一般に、集中排風機３よりも運転に要する電力の少ない（電気代が安い）送風機である。

換気機５は、制御部１により制御され、トンネル内の空気の流れを制御する。換気機５を運転している場合は、トンネル内は、トンネル両抗口からトンネル内部（集中排風機３）への空気の流れｆ２，ｆ３となる。換気機５が全て停止している場合は、トンネル内は、原則として、車両の走行方向ｆｓと同一方向の空気の流れｆ１となる。

図３は、第１の実施形態に係る制御部１の構成を示すブロック図である。

制御部１は、交通量予測部１１と、換気状態計算部１２と、換気機運転判断部１３と、換気機運転指令部１４とからなる。

交通量予測部１１は、車両感知器２から交通量計測値を受信し、トンネル内を通行する車両の交通量の予測値である交通量予測値を計算する。交通量予測値は、大型車交通量及び小型車交通量などに分類して予測する。

次に、交通量予測部１１における交通量の予測方法について説明する。

予め制御部１における記憶部に蓄積された過去１ヶ月間の車両感知器２のデータを基に、交通量予測部１１は、１日（２４時間）の大型車交通量・小型車交通量の時系列的な推移を平日、休日前、休日、休日明けなどに分類して平均処理する。これにより、交通量予測部１１は、各予測項目の基本パターンを作成する。これは、交通特性が平日、休日前、休日、休日明けなどの分類に応じて特有の傾向を示すことが多いからである。例えば、平日の午後０時に今後１時間後の予測を行う場合には、交通量予測部１１は、平日用の基本パターンを参照し、該当する時間帯のデータを予測値として用いる。その際に、交通量予測部１１は、当日の午後０時までの計測値と基本パターンとのずれを予測に用いることにより、予測精度を向上させる。その際の方法としては、カルマンフィルタなどを適用し自己回帰モデルを用いるなどをして行う。

換気状態計算部１２は、交通量予測部１１により計算された交通量予測値に基いて、トンネル内の換気状態を計算する。換気状態は、トンネル出口抗口付近の煙霧透過率値（以下、「ＶＩ値」という。）及びトンネル内の一様の風速（以下、「トンネル内風速（一様）」という。）などを計算することにより把握する。換気状態計算部１２は、交通量予測値相当の車両がトンネル内に進入したとすると、全ての換気機５（集中排風機３及びジェットファン４）を停止した場合、トンネル内の換気状態がどのようになるかを計算する。

換気機運転判断部１３は、換気状態計算部１２により計算されたトンネル内の換気状態に基いて、換気機５を運転すべきか全て停止すべきかを判断する。換気機運転判断部１３は、トンネル内で換気状態が最も悪くなると考えられるトンネル出口坑口付近のＶＩ値が９０［％］以上であれば、視環境は良好と判定する。また、換気機運転判断部１３は、トンネル内風速（一様）が１．５［ｍ/ｓ］であれば、トンネル内で汚染物質が滞留しないと判定する。換気機運転判断部１３は、これらの判定結果に基いて、換気機５を運転するか否かを判断する。

具体的には、換気機運転判断部１３は、トンネル出口坑口付近のＶＩ値が９０［％］以上で、かつトンネル内風速（一様）が１．５［ｍ/ｓ］であれば、換気機５を運転しなくともよいと判断する。即ち、換気機運転判断部１３は、換気機５を全て停止してもよいと判断する。

換気機運転判断部１３は、トンネル出口坑口付近のＶＩ値が９０［％］未満、又はトンネル内風速（一様）が１．５［ｍ/ｓ］未満の場合は、換気機５を運転する必要があると判断する。

換気機運転指令部１４は、換気機運転判断部１３からの判断結果に基いて、換気機５を運転するための指令を又は停止するための指令を出力する。換気機５は、換気機運転指令部１４からの指令により、運転又は停止をする。換気機運転指令部１４は、停止指令を出力する場合は、原則として、全ての換気機５を（集中排風機３及びジェットファン４）を停止させる。即ち、集中排風機３の風量指令値は０［ｍ3/ｓ］、ジェットファン４の運転台数指令値は０［台］となる。これにより、本トンネル換気制御装置は、トンネル抗口からの汚染物質の排出を許容する。

制御部１は、交通量予測部１１、換気状態計算部１２、換気機運転判断部１３、換気機運転指令部１４における一連の処理を１時間又は３０分周期で行う。

本実施形態によれば、トンネル内の換気状態がよく（トンネル内の最悪ＶＩ値が９０［％］以上）、かつトンネル内で汚染物質が滞留しない換気状態（トンネル内の風速（一様）が１．５［ｍ/ｓ］以上）であれば、換気機５を停止させることで、換気機５の運転に要する電力（電気代）を削減することができる。即ち、本トンネル換気制御装置は、トンネル抗口からの汚染物質の排出を許容することにより、換気機５の運転に要する電力を削減することができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る制御部１Ａの構成を示すブロック図である。

本トンネル換気制御装置は、図３に示す制御部１の換気機運転指令部１４を換気機運転制御指令部１５に代えた点以外は同じである。

換気機運転制御指令部１５は、集中排風機３の運転風量及びジェットファン４の運転台数の組み合わせ（以下、「運転組み合わせ」という。）が予め用意されている。換気機運転制御指令部１５は、換気機運転判断部１３の判断結果が運転の場合、運転組み合わせの一つを選択する。換気機運転制御指令部１５は、用意されている運転組み合わせの中から、「トンネル内の汚染物質（煤煙・一酸化炭素）濃度を許容領域に維持」、「トンネル抗口からの汚染物質の排出を抑制」、「換気機運転に要する電気代の削減」の３項目を満たすように、１つの運転組み合わせを選択する。換気機運転制御指令部１５は、選択した運転組み合わせに従って、換気機５を制御する。

制御部１は、交通量予測部１１、換気状態計算部１２、換気機運転判断部１３、換気機運転制御指令部１５のそれぞれにおける処理を順次に行う一連の処理を１時間又は３０分周期で行う。

図５は、第２の実施形態に係る制御部１Ａの処理方法を示すフローチャートである。

まず、換気機運転制御指令部１５の処理に入る前の制御部１Ａにおける処理について説明する。

交通量予測部１１は、車両感知器２から受信した交通量計測値に基いて、交通量予測値を計算する（ステップＳ１０）。換気機状態計算部１２は、交通量予測値相当の車両がトンネル内に進入した場合のトンネル内の換気状態について計算する（ステップＳ２０）。換気機運転判断部１３は、換気機状態計算部１２で計算された換気状態に基いて、換気機５を運転すべきか全て停止すべきかを判断する（ステップＳ３０）。

次に、換気機運転制御指令部１５における処理について説明する。

換気機運転制御指令部１５は、換気機運転判断部１３が換気機５を停止してもよいと判断した場合（ステップＳ３０のＮｏ）、全ての換気機５を停止する（ステップＳ９０）。換気機運転制御指令部１５は、換気機運転判断部１３が換気機５を運転すべきと判断した場合（ステップＳ３０のＹｅｓ）、以下の処理を開始する。

換気機運転制御指令部１５は、交通量予測部１１で予測された交通量予測値相当の車両がトンネル内に進入した場合に、各運転組み合わせに従って集中排風機３及びジェットファン４を運転したときに、トンネル内の換気状態（煤煙濃度、一酸化炭素、風向風速）がどのように変化するかを計算する。換気機運転制御指令部１５は、運転組み合わせの数だけこの計算を行う（ステップＳ４０）。

換気機運転制御指令部１５は、各運転組み合わせの計算結果に基いて、「トンネル内の汚染物質（煤煙・一酸化炭素）濃度を許容領域に維持」及び「トンネル抗口からの汚染物質の排出を抑制」の両方を満たすもののみを選定し、満たさないものを除外する（ステップＳ６０，Ｓ７０）。

換気機運転制御指令部１５は、選定した運転組み合わせの中で「換気機運転に要する電気代の削減」の項目を満たすのに最適な一の運転組み合わせを選択する。即ち、換気機運転制御指令部１５は、電気代が最も安くなる運転組み合わせを選択する（ステップＳ８０）。

換気機運転制御指令部１５は、最終的に選択した一の運転組み合わせに従って、集中排風機３の運転風量指令値及びジェットファン４の運転台数指令値を決定し、換気機５を運転制御する。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、集中排風機３の運転風量及びジェットファン４の運転台数を制御することで、換気機５の運転に要する電気代をさらに削減することができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図である。

本トンネル換気制御装置は、図１に示すトンネル換気制御装置において、制御部１を制御部１Ｂに代え、制御部１Ｂからの指令を受信する通信路によりそれぞれ接続された３台の窒素酸化物除去装置（以下、「ＮＯｘ除去装置」という。）７を設けた点以外は同じである。

ＮＯｘ除去装置７は、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を除去する装置である。ＮＯｘ除去装置７は、制御部１Ｂから受信する指令に応じて、運転又は停止を行う。

図７は、第３の実施形態に係るＮＯｘ除去装置７の設置場所を示す模式図である。

本トンネル換気制御装置は、３台のＮＯｘ除去装置７が取り付けられている。３台のＮＯｘ除去装置７は、トンネル内の次の箇所にそれぞれ取り付けられている。ＮＯｘ除去装置７Ａは、集中排風機３の直下付近の入口抗口側に取り付けられている。ＮＯｘ除去装置７Ｂは、集中排風機３の直下付近の出口抗口側に取り付けられている。ＮＯｘ除去装置７Ｃは、出口抗口付近に取り付けられている。

図８は、第３の実施形態に係る制御部１Ｂの構成を示すブロック図である。

制御部１Ｂは、図４に示す制御部１Ａに、窒素酸化物除去装置運転箇所判断部１６（以下、「ＮＯｘ除去装置運転箇所判断部１６」という。）を追加したものである。

ＮＯｘ除去装置運転箇所判断部１６は、換気機運転判断部１３からの判断結果に応じて、運転するＮＯｘ除去装置７を判断する。

次に、ＮＯｘ除去装置運転箇所判断部１６における判断方法について説明する。

換気機運転判断部１３が換気機５を運転すると判断した場合、トンネル内は、換気機５の運転により、入口抗口から集中排風機３が設置してある地点に向かう風向ｆ２及び出口抗口から集中排風機３が設置してある地点に向かう風向ｆ３の風の流れができる。従って、ＮＯｘ濃度は、集中排風機３の直下付近が最も高くなると考えられる。そこで、ＮＯｘ除去装置運転箇所判断部１６は、集中排風機３の直下付近に取り付けられている２台のＮＯｘ除去装置７Ａ，７Ｂを運転させる。

換気機運転判断部１３が換気機５を停止すると判断した場合、トンネル内は、車両の走行により、車両の走行方向ｆｓと同一方向となる入口抗口から出口抗口に向かう風向ｆ１の風の流れとなる。従って、ＮＯｘ濃度は、出口抗口付近が最も高くなると考えられる。そこで、ＮＯｘ除去装置運転箇所判断部１６は、出口抗口付近に取り付けられている１台のＮＯｘ除去装置７Ｃを運転させる。

制御部１Ｂは、交通量予測部１１、換気状態計算部１２、換気機運転判断部１３、換気機運転制御指令部１５又はＮＯｘ除去装置運転箇所判断部１６のそれぞれにおける処理を順次に行う一連の処理を１時間又は３０分周期で行う。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、換気機５を運転するか停止するかに応じて、異なる場所に設けられているＮＯｘ除去装置７を選択して運転することができる。従って、ＮＯｘ濃度が最も高いと思われる箇所のＮＯｘ除去装置７を運転することができるため、効率的にＮＯｘの除去をすることができる。

（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図である。

本トンネル換気制御装置は、図６に示すトンネル換気制御装置において、制御部１Ｂを制御部１Ｃに代え、制御部１Ｃに情報を送信する通信路によりそれぞれ接続された３台の窒素酸化物計（以下、「ＮＯｘ計」という。）９を設けた点以外は同じである。

ＮＯｘ計９は、ＮＯｘ濃度を計測する計測器である。ＮＯｘ計９は、計測したＮＯｘ濃度値を制御部１Ｃに送信する。

図１０は、第４の実施形態に係るＮＯｘ計９の設置場所を示す模式図である。図中の矢印は、ＮＯｘ計９とそのＮＯｘ計９の計測結果に応じて制御されるＮＯｘ除去装置７との対応関係を示している。

３台のＮＯｘ計９は、３台のＮＯｘ除去装置７の付近にそれぞれ対応するように、トンネル内の次の箇所にそれぞれ取り付けられている。ＮＯｘ計９Ａは、ＮＯｘ除去装置７Ａの付近に取り付けられている。即ち、ＮＯｘ計９Ａは、集中排風機３の直下付近の入口抗口側に取り付けられている。ＮＯｘ計９Ｂは、ＮＯｘ除去装置７Ｂの付近に取り付けられている。即ち、ＮＯｘ計９Ｂは、集中排風機３の直下付近の出口抗口側に取り付けられている。ＮＯｘ計９Ｃは、ＮＯｘ除去装置７Ｃの付近に取り付けられている。即ち、ＮＯｘ計９Ｃは、出口抗口付近に取り付けられている。

図１１は、第４の実施形態に係る制御部１Ｃの構成を示すブロック図である。

制御部１Ｃは、図８に示す制御部１Ｂに、ＮＯｘ除去装置運転判断部１７を追加したものである。

ＮＯｘ除去装置運転判断部１７は、ＮＯｘ計９から受信した計測結果に応じて、そのＮＯｘ計９に対応するＮＯｘ除去装置７を運転又は停止させる。

次に、ＮＯｘ除去装置運転判断部１７における判断方法について説明する。

ＮＯｘ除去装置運転判断部１７は、予め許容できるＮＯｘ濃度値が許容値として設定されている。ＮＯｘ計９は、自己の取り付けられている付近のＮＯｘ濃度を計測する。ＮＯｘ除去装置運転判断部１７は、ＮＯｘ計９により計測したＮＯｘ濃度値を受信する。ＮＯｘ除去装置運転判断部１７は、計測したＮＯｘ濃度値と許容値であるＮＯｘ濃度値を比較する。ＮＯｘ除去装置運転判断部１７は、比較した結果が計測したＮＯｘ濃度値の方が高かった場合、計測したＮＯｘ計９に対応するＮＯｘ除去装置７を運転させる。ＮＯｘ除去装置運転判断部１７は、比較した結果が計測したＮＯｘ濃度値の方が低かった場合、計測したＮＯｘ計９に対応するＮＯｘ除去装置７を停止させる。ここで、ＮＯｘ計９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、ＮＯｘ除去装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃにそれぞれ対応している。

ＮＯｘ除去装置運転判断部１７は、１分周期で処理を行う。

本実施形態によれば、第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、ＮＯｘ計９により実際のＮＯｘ濃度を測定し、このＮＯｘ濃度測定値に応じて、ＮＯｘ除去装置７を運転することで、より効率的にＮＯｘ除去装置７を運転することができる。従って、トンネル換気制御装置は、トンネル内の換気状態（環境状態）を管理するために掛かる電力（ＮＯｘ除去装置７の運転に要する電力）をより低減することができる。

（第５の実施形態）
図１２は、第５の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図である。

本トンネル換気制御装置は、図９に示すトンネル換気制御装置において、制御部１Ｃを制御部１Ｄに代え、制御部１Ｄに情報を送信する通信路によりそれぞれ接続された煙霧透過率計２１、風向風速計２２及び一酸化炭素計２３を設けた点以外は同じである。

図１３は、第５の実施形態に係るトンネル換気制御装置を構成する機器の設置場所を示す模式図である。図中の矢印は、計測器等とその計測器等の計測結果に応じて制御される機器との対応関係を示している。

煙霧透過率計２１は、集中排風機３の直下付近に設けられている。煙霧透過率計２１は、トンネル内の煙霧透過率を計測する計測器である。煙霧透過率計２１は、計測した煙霧透過率を制御部１Ｄに送信する。

風向風速計２２は、トンネル出口抗口付近に設けられている。風向風速計２２は、トンネル出口抗口付近の風向風速を計測する計測器である。風向風速計２２は、計測した風向風速を制御部１Ｄに送信する。

一酸化炭素計２３は、集中排風機３の直下付近に設けられている。一酸化炭素計２３は、トンネル内の一酸化炭素濃度を計測する計測器である。一酸化炭素計２３は、計測した一酸化炭素濃度値を制御部１Ｄに送信する。

図１４は、第５の実施形態に係る制御部１Ｄの構成を示すブロック図である。

制御部１Ｄは、図９に示す制御部１Ｃに、補助制御部ＳＡを追加したものである。

補助制御部ＳＡは、換気機運転判断部１３が換気機５を運転すると判断した場合に、処理を行う。補助制御部ＳＡは、煙霧透過率計２１、風向風速計２２及び一酸化炭素計２３のそれぞれの計測結果に基いて、換気機５の運転条件（集中排風機３の運転風量指令値及びジェットファン４の運転台数指令値）の変更を行う。

補助制御部ＳＡは、換気機運転風量変更量計算部３１と、換気機運転風量変更指令部３２とからなる。

換気機運転風量変更量計算部３１は、煙霧透過率計２１により計測された煙霧透過率、風向風速計２２により計測された風向風速及び一酸化炭素計２３により計測された一酸化炭素濃度値に基いて、換気機５の運転条件の変更量の計算をする。

換気機運転風量変更指令部３２は、換気機運転風量変更量計算部３１により計算された換気機５の運転条件の変更量を、現状の換気機５の運転条件に足し合わせ、新たな換気機５の運転条件を計算する。ここで、現状の換気機５の運転条件は、換気機５から情報を受信してもよいし、制御部１Ｄ又は補助制御部ＳＡで使用している情報を用いてもよい。換気機運転風量変更指令部３２は、新たな換気機５の運転条件に基いて、換気機５を運転する。

補助制御部ＳＡは、１分周期で上記一連の処理をする。

本実施形態によれば、第４の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、車両感知器により予測した交通量に基く制御に加え、トンネル内に設置された煙霧透過率計２１、風向風速計２２及び一酸化炭素計２３により、実際の環境状態を測定することで、より確実にトンネル内の換気状態を管理することができる。

（第６の実施形態）
図１５は、第６の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図である。

本トンネル換気制御装置は、図１２に示すトンネル換気制御装置において、制御部１Ｄを制御部１Ｅに代え、一酸化炭素計２３を取り除いた点以外は同じである。

図１６は、第６の実施形態に係るトンネル換気制御装置を構成する機器の設置場所を示す模式図である。図中の矢印は、計測器等とその計測器等の計測結果に応じて制御される機器との対応関係を示している。

煙霧透過率計２１は、トンネル出口抗口付近に取り付けられている。煙霧透過率計２１は、トンネル出口抗口付近の煙霧透過率を計測する。

風向風速計２２は、トンネル内に取り付けられている。風向風速計２２は、トンネル内の風向風速を計測する。

図１７は、第６の実施形態に係る制御部１Ｅの構成を示すブロック図である。

制御部１Ｅは、図１４に示す制御部１Ｄにおいて、補助制御部ＳＡの代わりに、補助制御部ＳＢを設けた点以外は同じである。

補助制御部ＳＢは、換気機運転判断部１３が換気機５を停止すると判断した場合に、処理を行う。補助制御部ＳＢは、煙霧透過率計２１及び風向風速計２２の計測結果に基いて、換気機５の運転を制御する。

補助制御部ＳＢは、ＪＦ運転台数変更量計算部４１，４２と、ＪＦ運転台数変更量決定部４３と、ＪＦ運転台数決定部４４と、集中排風機運転判断部４５と、換気機運転制御指令部４６とからなる。

ＪＦ運転台数変更量計算部４１は、煙霧透過率計7により計測されたトンネル出口坑口付近の煙霧透過率に基いて、ジェットファン４の運転台数の変更量を計算する。具体的には、ＪＦ運転台数変更量計算部４１は、煙霧透過率計7により計測されたトンネル出口坑口付近のＶＩ値が８０［％］未満の場合、８０［％］以上となるのに必要なジェットファン４の運転台数を計算する。

ＪＦ運転台数変更量計算部４２は、風向風速計２２により計測されたトンネル内の風速に基き、ジェットファン４の運転台数の変更量を計算する。具体的には、ＪＦ運転台数変更量計算部４２は、風向風速計２４により計測されたトンネル内の風速が１．０［ｍ/ｓ］未満の場合、１．０［ｍ/ｓ］以上となるのに必要なジェットファン４の運転台数を計算する。

ＪＦ運転台数変更量決定部４３は、ＪＦ運転台数変更量計算部４１により計算されたジェットファン４の運転台数の変更量とＪＦ運転台数変更量計算部４２により計算されたジェットファン４の運転台数の変更量に基いて、ジェットファン４の運転台数の変更量を決定する。ＪＦ運転台数変更量決定部４３は、ＪＦ運転台数変更量計算部４１，４２でそれぞれ計算されたジェットファン４の運転台数の変更量の最大をとり、これをジェットファン４の運転台数の変更量として決定する。

ＪＦ運転台数決定部４４は、ＪＦ運転台数変更量決定部４３により決定されたジェットファン４の運転台数の変更量に基いて、ジェットファン４の運転台数を決定する。ＪＦ運転台数変更量決定部４３により決定されたジェットファン４の運転台数の変更量に、現状のジェットファン４の運転台数を足し合わせ、これをジェットファン４の運転台数として決定する。ここで、現状のジェットファン４の運転台数は、ジェットファン４から情報を受信してもよいし、制御部１Ｅ又は補助制御部ＳＢで使用している情報を用いてもよい。

集中排風機運転判断部４５は、ＪＦ運転台数決定部４４により決定されたジェットファン４の運転台数に基いて、集中排風機３を運転するか否かを判断する。集中排風機運転判断部４５は、ＪＦ運転台数決定部４４により決定されたジェットファン４の運転台数によるジェットファン４の運転と、集中排風機３による運転のどちらの電気代が安くなるかを判断する。集中排風機運転判断部４５は、集中排風機３による運転の方の電気代が安くなると判断した場合は、集中排風機３を運転させる。集中排風機運転判断部４５は、集中排風機３による運転の方の電気代が高くなると判断した場合は、集中排風機３を運転させない。

換気機運転制御指令部４６は、集中排風機運転判断部４５の判断結果に基いて、換気機５を運転制御する。具体的には、換気機運転制御指令部４６は、集中排風機運転判断部４５が集中排風機３を運転させると判断した場合、集中排風機３を運転させ、風量を制御する。このとき、ジェットファン４は、運転させない。換気機運転制御指令部４６は、集中排風機運転判断部４５が集中排風機３を運転させないと判断した場合、ジェットファン４を運転させる。ここで、換気機運転制御指令部４６は、ジェットファン４を出口抗口側に向けて空気の流れｆ４を作り出すように運転させる。即ち、ジェットファン４により、汚染物質を出口抗口から排出することを許容する。このとき、換気機運転制御指令部４６は、ＪＦ運転台数決定部４４により決定されたジェットファン４の運転台数に従って、ジェットファン４を運転させる。

補助制御部ＳＢは、１分周期で上記一連の処理をする。

次に、本実施形態による作用について説明する。

換気機運転判断部１３は、トンネル内の最悪ＶＩ値が９０［％］以上で、かつトンネル内風速（一様）１．５［ｍ/ｓ］以上の条件を満たしている場合、換気機５を停止する。但し、この条件は、交通量予測部１１により計算された交通予測量に基くものである。従って、実際には、トンネル内の最悪ＶＩ値が９０［％］未満又はトンネル内風速（一様）１．５［ｍ/ｓ］未満となっている可能性がある。

そこで、実際のトンネル内の換気状態を把握するため、煙霧透過率計２１及び風向風速計２２を用いて、ＶＩ値及び風速を計測する。ＪＦ運転台数変更量計算部４１は、計測したＶＩ値に基いて、ジェットファン４の運転する台数を計算する。ＪＦ運転台数変更量計算部４２は、計測した風速に基いて、ジェットファン４の運転する台数を計算する。

ＪＦ運転台数変更量計算部４１は、実際の最悪ＶＩ値が８０［％］未満であれば、８０［％］以上を維持するようにジェットファン４を運転する台数を計算する。ここで、換気機運転判断部１３が、換気機５を運転するか否かを判断するＶＩ値の基準を９０［％］としているのに対し、ＪＦ運転台数変更量計算部４１では、８０［％］としている。これは、換気機運転判断部１３で換気機５を全て停止した直後に、ＪＦ運転台数変更量計算部４１により換気機５を運転するといった換気機５に負担の掛かる運転を避けるためである。

ＪＦ運転台数変更量計算部４２は、実際の風速が１．０［ｍ/ｓ］未満であれば１．０［ｍ/ｓ］以上を維持するようにジェットファンを運転する台数を計算する。ここで、換気機運転判断部１３が、換気機５を運転するか否かを判断する風速の基準を１．５［ｍ/ｓ］としているのに対し、ＪＦ運転台数変更量計算部４２では、１．０［ｍ/ｓ］としているのは、ＪＦ運転台数変更量計算部４１と同様の理由である。

本実施形態によれば、第４の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、車両感知器２により予測した交通量に基いて、換気機５を停止させた場合であっても、トンネル内に設置された煙霧透過率計２１及び風向風速計２２により、実際の換気状態を測定することで、より確実にトンネル内の換気状態を管理することができる。また、各種センサにより把握した実際の換気状態に基いて、換気機５を運転する場合、ジェットファン４を運転することで汚染物質の出口抗口側からの排出を許容する方法と、集中排風機３の運転を再開することで汚染物質の排出をする方法のどちらの電気代が安くなるかを判断することで、換気機５を運転するための電気代を抑制することができる。

なお、コンピュータは、演算部（例えば、ＣＰＵ（central processing unit）・チップセットなどの演算素子、ファームウェア、プログラム（ソフトウェア）など）と記憶部（例えば、ハードディスク、メモリ、各種記憶媒体など）とを有していれば、他の構成であってもよい。よって、１台のコンピュータ（例えばパソコン）に限らず、コンピュータシステムであってもよい。即ち、２台以上のコンピュータ又は任意の台数の記憶装置（例えばストレージ）とを情報の送受信可能にネットワーク化されたものでもよい。コンピュータは、適用される環境に応じて、適宜構成を変更できる。

各実施形態において、トンネル換気制御装置を構成する各機器間を接続する通信路は、無線又は有線のどちらであってもよいし、これらを混在させたものであってもよい。

各実施形態において、具体的に表している数値（例えば、ＶＩ値、風速、処理周期など）は、実施形態の一例であり、これらを限定するものではなく、トンネル換気制御装置を適用するトンネルなどの環境状況に応じて、変更することができる。

各実施形態において、換気器５の構成は、適用されるトンネルに合わせて、任意に構成を変更することができる。例えば、集中排風機３は、２台以上有していてもよい。また、ジェットファンは、８台に限らず、８台未満でも９台以上でも構わない。

各実施形態において、車両感知器２は、トンネル内を走行する車両に関する交通情報を取得するものであれば他であってもよい。また、トラフィックカウンタやＩＴＶ(industrial television)カメラのような大型車、小型車を判別できないものであってもよい。この場合、車両の台数を計測し、全ての車両を大型車や小型車など平均のＮＯｘ排出量として、トンネル内のＮＯｘ量を把握することができる。また、統計により大型車混入率を用いてもよい。

各実施形態において、換気機運転制御指令部１５の代わりに、第１の実施形態の換気機運転指令部１４に代えてもよい。トンネル換気制御装置を簡易的なものにすることができる。

なお、各実施形態において、フィードバック制御をし、ＰＩ(proportional integral)制御やファジィ制御等、さまざまな方式を加えてもよい。

第５の実施形態において、制御部１Ｄに、第６の実施形態に係る補助制御部ＳＢを追加してもよい。これにより、第５の実施形態及び第６の実施形態による作用効果を得ることのできるトンネル換気制御装置を構成することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係るトンネル換気制御装置を構成する各機器の設置場所を示す模式図。 第１の実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る制御部の処理方法を示すフローチャート。 第３の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係るＮＯｘ除去装置の設置場所を示す模式図。 第３の実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図。 第４の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図。 第４の実施形態に係るＮＯｘ計の設置場所を示す模式図。 第４の実施形態に係る制御部１Ｃの構成を示すブロック図。 第５の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図。 第５の実施形態に係るトンネル換気制御装置を構成する機器の設置場所を示す模式図。 第５の実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図。 第６の実施形態に係るトンネル換気制御装置の構成を示すブロック図。 第６の実施形態に係るトンネル換気制御装置を構成する機器の設置場所を示す模式図。 第６の実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図。

符号の説明

１…制御部、２…車両感知器、３…集中排風機、４…ジェットファン、５…換気機。

Claims (8)

1. トンネル内に設置された換気機を制御し、前記トンネル内の換気をするトンネル換気制御装置において、
   交通量に関する情報である交通情報を取得するための交通情報取得手段と、
   前記交通情報取得手段により取得された前記交通情報に基いて、交通量を予測する交通量予測手段と、
   前記交通量予測手段により予測された交通量に基いて、トンネル内の換気状態を計算する換気状態計算手段と、
   前記換気状態計算手段により計算された前記換気状態に基いて、前記換気機の運転又は停止を判断する換気機運転判断手段と
   を有することを特徴とするトンネル換気制御装置。
2. 前記交通量予測手段により予測された交通量に基いて、前記換気機の運転を制御するための運転条件を判断する換気機運転条件判断手段
   を有することを特徴とする請求項１に記載のトンネル換気制御装置。
3. 窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去装置
   を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル換気制御装置。
4. 前記トンネル内の異なる場所に設けられ、窒素酸化物を除去する少なくとも２つの窒素酸化物除去装置と、
   前記換気機運転判断手段の判断結果に基いて、前記２つの窒素酸化物除去装置のうち窒素酸化物の濃度が高いと予想される箇所に設置された方の前記窒素酸化物除去装置を運転させるための選択をする窒素酸化物除去装置選択手段と
   を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル換気制御装置。
5. 窒素酸化物の濃度を計測する窒素酸化物計と、
   前記窒素酸化物計の計測結果に基いて、前記窒素酸化物除去装置の運転又は停止を判断する窒素酸化物除去装置運転判断手段と
   を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のトンネル換気制御装置。
6. トンネル内の煙霧透過率を計測する煙霧透過率計、トンネル内の一酸化炭素濃度を計測する一酸化炭素計又はトンネル内の風速を計測する風速計のうち少なくとも１つと、
   前記換気機運転判断手段の判断結果が運転の場合、前記煙霧透過率計により計測された煙霧透過率、前記一酸化炭素計により計測された一酸化炭素濃度又は前記風速計により計測された風速のうち少なくとも１つに基いて、前記換気機の運転条件の変更量を計算する変更量計算手段と、
   前記変更量計算手段により計算された前記変更量に基いて、前記換気機の運転条件を変更する指令を出力する換気機運転条件変更指令出力手段と
   を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか1項に記載のトンネル換気制御装置。
7. トンネル内の煙霧透過率を計測する煙霧透過率計又はトンネル内の風速を計測する風速計のうち少なくとも１つと、
   前記換気機運転判断手段の判断結果が停止の場合、前記煙霧透過率計により計測された煙霧透過率又は前記風速計により計測された風速のうち少なくとも１つに基いて、前記換気機の制御をする停止時換気機制御手段と
   を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のトンネル換気制御装置。
8. 前記換気機は、少なくとも２つの送風機及び前記各送風機より運転に要する電力が多い排風機とからなり、
   前記停止時換気機制御手段は、
   前記煙霧透過率計により計測された煙霧透過率又は前記風速計により計測された風速のうち少なくとも１つに基いて、前記送風機の運転台数を計算する送風機運転台数計算手段と、
   前記送風機運転台数計算手段により計算された前記送風機の運転台数の運転に要する電力が、前記排風機の運転に要する電力よりも多いか否かを比較する運転電力比較手段と、
   前記運転電力比較手段の比較結果が高い場合、前記排風機を運転させる停止時排風機運転手段と、
   前記運転電力比較手段の比較結果が否の場合、前記送風機の運転台数により前記送風機を運転させる停止時送風機運転手段と
   を有することを特徴とする請求項７に記載のトンネル換気制御装置。

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