JP2013016374A - トンネル入口部の照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力使用量の削減を図ることができ、しかも簡単な構造で自動的に日射量に対応した照明制御を行うことができるトンネル入口部の照明装置を提供する。
【解決手段】トンネル２０入口から一定距離の区間において、入口側の野外輝度に対応した明るさからトンネル２０奥側の基本照明の明るさまで照明具の照射量を徐々に落とすようにしたトンネル２０入口部の照明装置であって、トンネル２０入口部内にＬＥＤ照明具１をトンネル２０入口側から奥側に向けて徐々に個数が減っていくように配設するとともに、これらのＬＥＤ照明具１をトンネル２０外部に設置した太陽光パネル２に直結して、ＬＥＤ照明具１の照射量を太陽光パネル２の発電量に対応させた。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力使用量の削減を図ることができ、しかも簡単な構造で自動的に日射量に対応した照明制御を行うことができるトンネル入口部の照明装置に関するものである。

日本の高速道路は山岳部を通過する路線が多いため必然的にトンネルも多く、一般的にはトンネルは屋外の道路に比べると多くの設備が設置されることから省エネルギー化が重要な課題となっている。特に、トンネルの中心的設備である照明装置については、省エネタイプで環境にやさしい照明システムの開発が求められている。

前記トンネルの照明装置として、例えば、特許文献１や特許文献２に示されるように、入口部照明と称される入口部に設けられる照明装置がある。これは、昼間にドライバーがトンネルに侵入した際に生じる急激な輝度の変化と、侵入直後から起きる眼の順応の遅れを緩和するために設置される装置であり、入口から一定距離の間をドライバーの眼に違和感が生じないように輝度を徐々に落としていくよう調光した照明を行っている。この入口部照明では、天気が晴れて輝度が高ければ高いほど入口部は明るくする必要があり、これに対し、雨の日や夕方のように外が薄暗い場合はそれほど明るくする必要がないため、昼間に多くの電力を消費するシステムとなっている。

なお、トンネル照明装置の電源としては、交流電圧で送電されている商用電力を使用しているが、最近では省エネルギー対策として、太陽光発電装置の利用が検討されるようになってきた。しかし、太陽光発電装置の場合は、太陽光パネルで発生した微弱な直流電圧を集約し、交流に変換して使用するために、変換装置（パワーコンディショナー）が必要である。この変換装置は、ＤＣ／ＡＣ（直流／交流）変換用のインバータ部、制御用のインターファイス部、最大電力点追従制御部（MPPT:Maximum Power Point Tracking）を備えるものであるが、変換ロスにより電源効率が悪くなるという問題や、電磁波によるラジオ、無線等の他設備への影響が生じるという問題や、商用電源に対して高周波の影響を与えるという問題があった。更には、上記の変換装置が必要でコストアップになるという問題もあった。従って、トンネル照明装置の電源に太陽光発電を利用することは十分に普及していないのが現状である。

一方、従来からトンネルの照明装置の光源としては、高圧ナトリウムランプやセラミックメタルハライドランプ等の高圧金属蒸気放電ランプが用いられていた。この高圧金属蒸気放電ランプは、消灯後は一定時間経過するまでは再点灯できないため、突然のにわか雨などで野外輝度が低下した場合にこの輝度に合わせて照明具を消灯すると、直後に晴れて輝度が上がった場合は点灯信号が出力されても照明具を即座に点灯することができず、入口照明の明るさが野外輝度に追従しなくなるという問題があった。

更に、従来の高圧金属蒸気放電ランプや蛍光灯などの光源の場合は、照明の調光方法として、例えば、光源の個数に対し１００％点灯、７５％点灯、５０％点灯、２５％点灯の４段階に制御条件を分類しておき、野外輝度に応じて何れかの制御条件を選択するように制御を行い、選択した条件に従って明るさを変化させるという制御方法が採用されていた。この場合、調光はランプのオンオフによる制御であるため、各点灯条件の境では照射量が段階的に大きく変化することとなる。この結果、境においてドライバーに違和感を与えて走行環境が低下するという問題があった。更には、例えば５１％〜７５％の点灯量が必要な場合、制御条件としては一律に７５％点灯の指令が出るため、本来は５３％の点灯量でよい場合は、１０％以上も電力使用量が増加してしまうという問題があった。また、これを避けるために制御条件を細かくして堺における段階的な変化量を小さくすることも考えられるが、構造や制御条件が複雑化するという問題があった。更には、ランプのオンオフ制御のため完全に無段階式に制御することは困難であった。

特開２０１０−２２５５５９号公報 特開平５−１３５８８０号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、電力使用量の削減を図ることができ、また自動的に日射量に対応した照明制御ができて違和感のない走行環境を提供することができ、更には装置全体の部品点数や配線設備がシンプルで環境負荷の低減を図ることができるトンネル入口部の照明装置を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、トンネル入口から一定距離の区間において、入口側の野外輝度に対応した明るさからトンネル奥側の基本照明の明るさまで照明具の照射量を徐々に落とすようにしたトンネル入口部の照明装置であって、トンネル入口部内にＬＥＤ照明具をトンネル入口側から奥側に向けて徐々に個数が減っていくように配設するとともに、これらのＬＥＤ照明具をトンネル外部に設置した太陽光パネルに直結して、ＬＥＤ照明具の照射量を太陽光パネルの発電量に対応させたことを特徴とするトンネル入口部の照明装置である。

前記トンネル入口部は、入口側から境界部、移行部、緩和部に区分けされており、これらの境界部、移行部、緩和部に、複数個のＬＥＤ照明具がトンネル入口側から奥側に向けて徐々に個数が減っていくパターンで配設されているものが好ましく、これを請求項２に係る発明とする。

請求項１に係る発明では、トンネル入口部内にＬＥＤ照明具をトンネル入口側から奥側に向けて徐々に個数が減っていくように配設するとともに、これらのＬＥＤ照明具をトンネル外部に設置した太陽光パネルに直結して、ＬＥＤ照明具の照射量を太陽光パネルの発電量に対応させたので、トンネル入口部の明るさが入口側から奥側に向けて徐々に落ちてゆくとともに、トンネル入口部の明るさは野外輝度に対応して自動的に変動することとなる。従って、従来の高圧金属蒸気放電ランプなどのオンオフ制御と異なり、ＬＥＤ照明具の照射量が野外輝度に対応したものとなるため、ドライバーがトンネルに侵入した場合、何の違和感も覚えることがなく自然にトンネル内の明るさに順応できることとなる。また、野外輝度の変化にも即座に対応して最適なＬＥＤ照明具の照射量とすることができるため安全であり、更に電力消費量も大幅に改善することが可能となる。

また、請求項２に係る発明では、トンネル入口部は、入口側から境界部、移行部、緩和部に区分けされており、これらの境界部、移行部、緩和部に、複数個のＬＥＤ照明具がトンネル入口側から奥側に向けて徐々に個数が減っていくように配設されているので、入口部全域にわたってＬＥＤ照明具の照射量をきめ細かく設定でき、境界部、移行部、緩和部の境の明るさの変化を小さくしてドライバーに何の違和感も与えることがない。

野外輝度を説明するための概略図である。 本発明の照明具の回路図である。 本発明の照明具と太陽光パネルの直結イメージを示す概略図である。 本発明におけるトンネル入口部の距離と路面輝度の関係を示すグラフである。 従来例におけるトンネル入口部の距離と路面輝度の関係を示すグラフである。 実施例におけるトンネル入口部の距離と路面輝度の関係を示すグラフである。

以下に、図面を参照しつつ本発明について説明する。
本発明は、トンネル入口から一定距離の区間において、入口側の野外輝度に対応した明るさからトンネル奥側の基本照明の明るさまで照明具の照射量を落とすように制御するトンネル入口部の照明装置である。

前記野外輝度とは、図１に示すように、トンネル２０の入口手前１５０ｍの地点、地上１．５ｍからトンネル坑口２０ａを見たときの、トンネル坑口２０ａを中心とした視角２０度の円形視野内の平均輝度を意味する。
また、基本照明とは、トンネルを走行する運転者が障害物を安全な視野距離から視認するために必要な明るさを確保するための照明であり、トンネル全長に渡って照明具を原則として一定間隔に配置する。また、入口部照明とは、昼間、運転者がトンネルに接近する際に生じる急激な輝度の変化と、進入直後から起きる眼の順応の遅れを緩和するための照明であり、前記基本照明と入口照明を加えたものをいう。なお、トンネルの設計上、明るさは路面輝度（ｃｄ／ｍ^２）を意味している。

本発明では、トンネル入口部内に照明具としてＬＥＤ照明具を配設するとともに、このＬＥＤ照明具に太陽光パネルを直接に接続した構造となっている。図２にこの照明具の回路図を示す。１はＬＥＤ照明具、２は電源となる太陽光パネルである。
ＬＥＤ照明具１とは、発光ダイオードからなる照明具のことであり、Ｐ型半導体とＮ型半導体を接合したＰＮ接合構造で作られており、原理的には電子の持つエネルギーを光エネルギーに変換することで発光するものである。電源として直流電圧が必要なため、一般的な商用電力を用いる場合はＤＣ／ＡＣ（直流／交流）変換用のインバータが必要である。一方、太陽光パネルは太陽エネルギーから微弱な直流電圧を発生させるもので、従来の使用方法においては、１００Ｖに集約して交流に変換して使用していた。そのために、変換装置を備えるものであるが、変換ロスにより電源効率が低下するという問題があった。

本発明では、直流電圧を電源とするＬＥＤ照明具１と、直流電圧を発生させる太陽光パネル２とを、直結することにより、シンプルな配線及び構造で効率的な照明装置を得るものである。図３に本発明の照明具と太陽光パネルの直結イメージを示す。
即ち、従来は太陽光パネルを利用するには変換装置を介して交流電圧に変換する必要があったが、本発明では電源が直流電圧であるＬＥＤ照明具を直結することにより、変換装置をなくすことができる。また、ＬＥＤ照明具を利用することで、省エネルギー効果を大幅に向上させることができる。

しかも、本発明ではＬＥＤ照明具の照射量を太陽光パネルの発電量に対応させることで、効率的な照明を達成できる。即ち、トンネル入口部の照明装置は太陽が照る昼間により多くの電力を消費するシステムであるが、昼間に発電効率が上がる太陽光パネルを組み合わせることで、高効率で省エネルギータイプの照明装置を提供するものである。
詳述すると、トンネル入口部の照明は、野外輝度に応じて太陽が照る昼間は明るい状態で始まり奥の基本照明の明るさまで照射量を徐々に落とすように制御し、夕方や曇天には若干暗い状態で始まり、夜間には消灯した状態となるように制御している。そして、この制御を従来は野外輝度計のデータを測定し、このデータに基づき制御器により、照明ランプをオンオフ制御して照射量の調整を行っていた。従って、例えば４段階のパターンがあるとすると、野外輝度計のデータに基づき、そのいずれかに振り分けるという段階的な制御しかできなかった。

これに対し、本発明ではＬＥＤ照明具と太陽光パネルとを直結して、ＬＥＤ照明具の照射量を太陽光パネルの発電量に対応させる構造とした。これは本願発明者が、太陽の日射量と野外輝度とはほぼ相関関係があり、ＬＥＤ照明具と太陽光パネルとを直結させれば、従来のような制御器がなくても野外輝度に応じた最適な照射量を自動的に得ることができるとの知見を得たことによる。
つまり、太陽が照った昼間では太陽光パネルの発電量が大きいので、ＬＥＤ照明具の照射量も大きくなりトンネル入口付近は明るい状態が維持され、そこから奥の基本照明の明るさまで、ＬＥＤ照明具の配設パターンに従って照射量を徐々に落とすこととなる。また、夕方や曇天では太陽光パネルの発電量が小さくなり、ＬＥＤ照明具の照射量も小さくなってトンネル入口付近は昼間よりは少し暗い状態が維持され、そこから基本照明の明るさまで照射量を徐々に落とすこととなる。また、夜間は太陽光パネルの発電量がないため、ＬＥＤ照明具の照射量もゼロとなってトンネル入口付近から基本照明の明るさとなる。
なお、ＬＥＤ照明具の照射量はトンネル入口側の野外輝度に対応させるので、前記太陽光パネルはトンネル入口付近に設けるのが好ましい。

このように、本発明では従来のような屋外輝度計や制御器を使用することなく、ＬＥＤ照明具と太陽光パネルを直結した構造とするのみで、自動的に日射量に対応した照明量の最適な制御を可能としたのである。
また、ＬＥＤ照明具は、従来の高圧金属蒸気放電ランプと異なり、照射量をオンオフ制御でなく供給する電力に対応して自動的、かつ無段階式に変化するので、無駄に明るい照射をすることなく常に最適な照射量に調整することができ、ドライバーに対し優しい照明となる。更に、屋外輝度が頻繁に変化してもタイムラグがなく即座に追従して最適照射量とすることができるので、安全性の高い照明を確保することができる。

前記トンネル入口部は、図４に示すように、入口側から境界部、移行部、緩和部に区分けされており、これらの境界部、移行部、緩和部に、複数個のＬＥＤ照明具がトンネル入口側から奥側に向けて徐々に個数が減っていくように配設されている。この配設パターンについては、トンネルの長さ、高さ、巾、傾斜度、曲がり具合等の条件に応じて任意に設計される。これにより、入口部全域にわたってＬＥＤ照明具の照射量をきめ細かく設定できるので、境界部、移行部、緩和部の境の明るさの変化が小さくなりドライバーに違和感を与えることもない。

なお、図４、図５における路面輝度Ｌ_１〜路面輝度Ｌ_３は以下の輝度を表している。
Ｌ_１：境界部の路面輝度（ｃｄ／ｍ^２）
Ｌ_２：移行部最終点の路面輝度（ｃｄ／ｍ^２）
Ｌ_３：基本証明の平均路面輝度（ｃｄ／ｍ^２）

このように構成した照明装置では、照明具としてＬＥＤを用いるとともに、このＬＥＤ照明具の照射量を太陽光パネルの発電量に対応させた構造としたので、照明具の照射量をオンオフにより制御するのではなく、太陽光パネルの供給電力に応じて自動的、かつ無段階式に制御するので、屋外輝度に追従して最適な照射量を確保することができる。しかも、図４に示すように、トンネル入口部の明るさも徐々に暗くして行くことができる。
一方、図５に示すように、従来の高圧金属蒸気放電ランプ等による場合は、入口部の明るさが全体としてみれば徐々に落ちてゆくものの、ランプの照射量をオンオフにより制御するため、段階的に暗くなっておりドライバーに違和感を与えて走行環境に不満が残るものであった。

また、従来の高圧金属蒸気放電ランプ等の場合、野外輝度の急激な変化があると即座に点灯することができず、入口照明の明るさを野外輝度に追従させることが難しかったが、本発明ではＬＥＤ照明具を使用しているので野外輝度の急激な変化にも即座に対応することが可能である。しかも、ＬＥＤ照明具は照射量を無段階式にコントロールできるので最適な照明量に制御して無駄な電力の使用を削減することができる。更には、太陽光パネルと直接に接続するのみで特別な制御器も不要であり、シンプルな構造で設備費を安価にできるという効果や、省エネ効果を高めることができる等の種々の効果も発揮できることとなる。

図６に、本発明の一実施例を示す。上側のグラフはトンネル入り口からの距離と路面輝度の関係を示すものであり、下側には上記グラフのトンネル長手方向に対応した照明具の配設パターンを示している。□は基本照明を示し、■は入口照明を示している。基本照明は常時点灯させているので、従来の高圧金属蒸気放電ランプを用いている。一方、入口照明にはＬＥＤ照明具を用い、トンネル外部に設置した太陽光パネルに直結した構造となっている。
実施例のものでは、入り口から約５０ｍを境界部、５０〜２００ｍを移行部、２００〜３００ｍを緩和部としている。境界部では左右の基本照明の間にＬＥＤ照明具を４個ずつ等間隔に配設し、移行部ではＬＥＤ照明具を２〜４個配設し、緩和部ではＬＥＤ照明具を１〜２個配設したパターンとなっている。

トンネル入口の路面輝度が、晴天条件に対応する場合を７１．２５（ｃｄ／ｍ^２）とし、また、少し曇り気味の晴れ条件に対応する場合を５３．４４（ｃｄ／ｍ^２）、曇天条件に対応する場合を３５．６３（ｃｄ／ｍ^２）、夕方あるいは雨天条件に対応する場合を１７．８１（ｃｄ／ｍ^２）として、この４パターンにおけるトンネル入口部の照明曲線の閾値を示すと、図６の通りである。
前記のようにＬＥＤ照明具を配設した本発明の証明装置では、路面輝度に応じてＬＥＤ照明具の照明量が自動的に調光され、かつ入口側の野外輝度に対応した明るさからトンネル奥側の基本照明の明るさまで徐々に落ちるよう制御されるが、いずれの場合であっても前記照明曲線の閾値を下回ることがなく、僅かに越える最適なレベルの照明量で調光を行っていることが確認できた。また、ドライバーにも違和感を与えることがなく、快適な運転環境を提供できることが確認できた。

１ ＬＥＤ照明具
２ 太陽光パネル
２０ トンネル
21ａ トンネル坑口

Claims (2)

1. トンネル入口から一定距離の区間において、入口側の野外輝度に対応した明るさからトンネル奥側の基本照明の明るさまで照明具の照射量を徐々に落とすようにしたトンネル入口部の照明装置であって、トンネル入口部内にＬＥＤ照明具をトンネル入口側から奥側に向けて徐々に個数が減っていくように配設するとともに、これらのＬＥＤ照明具をトンネル外部に設置した太陽光パネルに直結して、ＬＥＤ照明具の照射量を太陽光パネルの発電量に対応させたことを特徴とするトンネル入口部の照明装置。
2. トンネル入口部は、入口側から境界部、移行部、緩和部に区分けされており、これらの境界部、移行部、緩和部に、複数個のＬＥＤ照明具がトンネル入口側から奥側に向けて徐々に個数が減っていくパターンで配設されている請求項１に記載のトンネル入口部の照明装置。